LA3.4.2 – Sviluppo di stack innovativi SOFC con caratteristiche di “fuel flexibility” alimentati con miscele di idrogeno e gas naturale per applicazioni stazionarie CHP- combined heat and power

Attività

Dalla cella commerciale a uno stack SOFC compatto, flessibile e adatto alla cogenerazione

La linea di attività sviluppa stack a celle a combustibile ad ossido solido (SOFC) capaci di utilizzare idrogeno, syngas e combustibili rinnovabili riducendo la necessità di complessi sistemi esterni di reforming e desolforazione. L’approccio mantiene la struttura delle celle commerciali a base di Ni-YSZ e introduce sull’anodo un sottile strato funzionale di perovskite exsoluta e ceria drogata. Questo strato agisce come processore catalitico interno: favorisce la conversione del combustibile, limita la deposizione di carbonio e aumenta la tolleranza ai composti solforati. Le attività comprendono selezione e sintesi dei materiali, scale-up dei batch, formulazione degli inchiostri, deposizione mediante spray coating, fabbricazione di celle a larga area, scelta dei sigillanti e assemblaggio di un ministack da tre celle. L’obiettivo finale è dimostrare un dispositivo fuel-flexible per produzione combinata di elettricità e calore (CHP), con maggiore semplicità impiantistica e potenziale riduzione di costi e ingombri.​

Risultati

Materiali, processi e celle a larga area sviluppati lungo il percorso verso il ministack​

Sono state selezionate perovskiti exsolute a base di cobalto-ferrite modificate con Ni e integrate con ceria drogata, ottenendo

materiali bifunzionali con conduzione mista e capacità di trasferimento dell’ossigeno. La procedura di sintesi è stata portata a batch di almeno 200 g e sono stati ottimizzati slurry e trattamenti termici per il coating di celle commerciali. I test hanno confermato il funzionamento con H₂, syngas, propano, metanolo, glicerolo ed etanolo; nell’ambito delle configurazioni esaminate, la cella commerciale rivestita ha mostrato le prestazioni più favorevoli e assenza di danni irreversibili dopo l’alimentazione con metano. Prove catalitiche con H₂S fino a 80 ppm e analisi CHNS-O hanno verificato contenuti residui di carbonio e zolfo compatibili con i target progettuali. È stato quindi definito un protocollo riproducibile per celle planari da 25 cm², basato su spray coating, interlayer d’oro, cicli termici controllati e sigillanti compressivi, raggiungendo le milestone previste senza scostamenti tecnico-scientifici significativi.​

Figura 2

Concettualizzazione, visualizzazione, realizzazione e validazione elettrochimica in condizioni multifuel

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