Indice
INTRODUZIONE
CAPITOLO 1 : CELLE A COMBUSTIBILE...1
1.1 Principi di funzionamento...1
1.1.1 Caratteristica elettrica di una PEMFC...7
1.1.1.1 Rendimento elettrochimico...20
1.2 PEMFC (Celle a combustibile ad elettrolita polimerico)...22
1.2.1 Assemblato elettrodi membrana Membrane Electrode Assembly (MEA)...26
1.2.2 Elettrodi catalizzati per PEMFC e DMFC...28
1.2.2.1 Catodo...31
1.2.2.2 Anodo...32
1.2.3 Materiali utilizzati come elettroliti polimerici nelle PEMFC...33
1.2.3.1 Il Nafion®...36
1.2.3.2 Membrane alternative al Nafion®...39
1.2.3.3 Metodi di preparazione...42
1.3 Cross-over di metanolo...45
1.3.1 Meccanismi e suoi effetti sulle performance di una DMFC...45
1.3.2 Metodi per l’inibizione del cross-over di metanolo...46
1.3.3 Reazioni di elettrocatalisi nell’ossidazione dell’idrogeno...47
1.3.4 Reazioni di elettrocatalisi nell’ossidazionedel metanolo...48
1.3.5 Influenza del cross-over di metanolo sulla riduzione dell’ossigeno...51
1.4 Obiettivo del lavoro di tesi...52
CAPITOLO 2 : METODI SPERIMENTALI...55
2.1 Membrane ottenute per casting...55
2.1.1 Membrane recast-Nafion®...56
2.1.1.1 Trattamento della membrana...58
2.1.2 Membrane PSS-PVA...59
2.1.2.1 Verifica di stabilità termica...61
2.1.3 Preparazione delle membrane composite Nafion/PSS-PVA/Nafion...62
2.1.3.1 Verifica alla dissoluzione...62
2.2 Misure di permeabilità alle molecole di metanolo...63
2.3 Misure di conducibilità protonica...70
2.4 Preparazione degli elettrodi delle PEMFCs...73
2.5 Preparazione dei MEA...75
2.6 Curve caratteristiche tensione/densità di corrente della cella a combustibile.77 2.7 Misure di impedenza in cella a combustibile...86
2.8 Analisi morfologiche...93
CAPITOLO 3 : RISULTATI E DISCUSSIONE...94
3.1 Stabilità chimica e fisica...94
3.2 Conducibilità ionica...96
3.3 Permeabilità...101
3.3.1 Selettività delle membrane...106
3.4 Cella ad idrogeno PEMFC...106
3.5 Cella a metanolo DMFC...114
3.6 Esami morfologici dei MEA...129
3.7 Discussione dei risultati...133
CAPITOLO 4 : Considerazioni conclusive...147
Appendice A...I Appendice B...XIV
