Riassunto analitico
Il lavoro sperimentale svolto in laboratorio è consistito nella ricerca di una nuova metodologia per la creazione, dapprima, di membrane polimeriche utilizzabili per il funzionamento di celle a combustibile PEM, tramite l’utilizzo della stampante 3D associata alla microestrusione; successivamente si è utilizzata l’applicazione della medesima tecnica per la deposizione di una soluzione di ionomero su un film di elettrodo per valutare la possibilità di un metodo per assemblare il MEA (il sistema membrana-elettrodo) tramite la pressatura a freddo, sfruttando la soluzione come legante fra i due.
La prima parte di laboratorio, come detto, ha previsto l’utilizzo di una soluzione a base di cristalli di ionomero, acqua deionizzata e alcool etilico, per ricreare una sostanza aventi proprietà simili al Nafion (prodotto molto costoso e brevettato) e poter effettuare tutte le prove necessarie. Grazie alla stampante sono state fatte numerose deposizioni, in modo da creare membrane prive di difetti e aventi le stesse caratteristiche di quelle normalmente usate nelle celle PEM o anche caratteristiche meccaniche superiori, per via dell’inserimento al loro interno di filamenti di fibre di carbonio. Nonostante i numerosi tentativi realizzati, non si sono ottenuti campioni soddisfacenti. Si è poi utilizzata la stampante 3D per un’altra tipologia di prova. Sono stati presi dei campioni di elettrodi (deposti su fogli di PTFE) di dimensioni di 2x2 cm; su questi sono state fatte deposizioni con la soluzione precedentemente utilizzata aventi diverse aree. Una volta effettuate le deposizioni è stata adagiata sull’elettrodo una membrana in Nafion già formata di tipo commerciale e il tutto posto sotto pressa idraulica a pistone. La pressatura è avvenuta a temperatura ambiente e non a caldo, come è solito fare nei processi di produzione delle celle a combustibile PEM, poiché il procedimento a caldo si può danneggiare il MEA, soprattutto con effetti a lungo termine.
Durante queste prove sono state fatte variare la pressione, il tempo di pressatura e l’area di deposizione, per osservare se avessero un’influenza sulla bontà del campione. Si è, quindi, proceduto a distaccare il foglio di PTFE, su cui era presente l’elettrodo, dalla membrana (sia subito dopo la pressatura che dopo due giorni dalla stessa). Su tutti i campioni realizzati è stata poi svolto uno studio di natura statistica per valutare quali fossero i parametri che influenzavano maggiormente la qualità del MEA.
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Abstract
Il lavoro sperimentale svolto in laboratorio è consistito nella ricerca di una nuova metodologia per la creazione, dapprima, di membrane polimeriche utilizzabili per il funzionamento di celle a combustibile PEM, tramite l’utilizzo della stampante 3D associata alla microestrusione; successivamente si è utilizzata l’applicazione della medesima tecnica per la deposizione di una soluzione di ionomero su un film di elettrodo per valutare la possibilità di un metodo per assemblare il MEA (il sistema membrana-elettrodo) tramite la pressatura a freddo, sfruttando la soluzione come legante fra i due.
La prima parte di laboratorio, come detto, ha previsto l’utilizzo di una soluzione a base di cristalli di ionomero, acqua deionizzata e alcool etilico, per ricreare una sostanza aventi proprietà simili al Nafion (prodotto molto costoso e brevettato) e poter effettuare tutte le prove necessarie. Grazie alla stampante sono state fatte numerose deposizioni, in modo da creare membrane prive di difetti e aventi le stesse caratteristiche di quelle normalmente usate nelle celle PEM o anche caratteristiche meccaniche superiori, per via dell’inserimento al loro interno di filamenti di fibre di carbonio. Nonostante i numerosi tentativi realizzati, non si sono ottenuti campioni soddisfacenti. Si è poi utilizzata la stampante 3D per un’altra tipologia di prova. Sono stati presi dei campioni di elettrodi (deposti su fogli di PTFE) di dimensioni di 2x2 cm; su questi sono state fatte deposizioni con la soluzione precedentemente utilizzata aventi diverse aree. Una volta effettuate le deposizioni è stata adagiata sull’elettrodo una membrana in Nafion già formata di tipo commerciale e il tutto posto sotto pressa idraulica a pistone. La pressatura è avvenuta a temperatura ambiente e non a caldo, come è solito fare nei processi di produzione delle celle a combustibile PEM, poiché il procedimento a caldo si può danneggiare il MEA, soprattutto con effetti a lungo termine.
Durante queste prove sono state fatte variare la pressione, il tempo di pressatura e l’area di deposizione, per osservare se avessero un’influenza sulla bontà del campione. Si è, quindi, proceduto a distaccare il foglio di PTFE, su cui era presente l’elettrodo, dalla membrana (sia subito dopo la pressatura che dopo due giorni dalla stessa). Su tutti i campioni realizzati è stata poi svolto uno studio di natura statistica per valutare quali fossero i parametri che influenzavano maggiormente la qualità del MEA.
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