RIFERIMENTI
Daniele M. Trucchi, Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.
Sito web dell’Istituto: www.ism.cnr.it
PRINCIPALI ATTIVITA’ NEL SETTORE ENERGIA
1. Tecnologie, materiali e metodi di conversione per il solare a concentrazione, che sta emergendo come un importante settore per la produzione non solo di energia elettrica ma anche termica, caratterizzato dalla funzionalità di storage dell’energia, oggi considerato un valore aggiunto per generazione da sorgenti intermittenti. L’ISM sviluppa dispositivi operanti ad alta temperatura che impiegano effetti alternativi per la conversione dell’energia solare concentrata, potenzialmente combinabili e caratterizzati da elevato rendimento. Le conversioni di energia termoionica, foto-termoionica e termoelettrica si basano su sistemi a stato solido, possono essere combinati termicamente tra loro, permettono lo sviluppo di sistemi cogenerativi e sono compatibili con lo storage di energia.
2. Materiali avanzati per celle solari di terza generazione, composte da materiali organici e inorganici, costituiscono soluzioni ibride caratterizzate da un elevato rapporto efficienza/costo di produzione, compatibilità con substrati flessibili. Il potenziale basso costo di produzione rende fattibile anche una loro applicazione in smart buildings e conversione indoor. L’ISM ha una esperienza pluriennale di sintesi metallo-organica a stato solido in ambiente controllato, progettazione di nuovi materiali con proprietà non convenzionali basate su ftalocianine e loro analoghi e metodologie di purificazione, identificazione e caratterizzazione dei composti, oltre ad effettuare studi morfologico/strutturali in-situ di nuovi materiali per l'energia, con particolare riguardo al fotovoltaico organico, anche di tipo plasmonico. A queste attività si aggiunge lo studio di effetti di campo magnetico locale prodotto mediante inglobamento di nanoparticelle magnetiche nell’elemento fotoattivo di celle ibride per aumentare l’efficienza di conversione. Importante è anche l’attività di produzione per sintesi organica di sistemi coniugati a base tiofenica con successiva caratterizzazione strutturale e funzionale degli oligomeri risultanti, oltre alla loro combinazione con nanomateriali per l’ottenimento di nanocompositi metallo-oligomero. Proprio la polimerizzazione di molecole funzionali su superfici, effettuata con tecniche in ultra-alto-vuoto e in soluzione, rappresenta una strategia bottom-up promettente per preparare materiali alternativi anche al grafene. Mediante la scelta appropriata del monomero, è possibile ottenere un polimero coniugato con proprietà di trasporto di carica fortemente dipendente dalla sua geometria e disposizione atomica.
3. Efficienza energetica ottenuta con utilizzo di nanomateriali:
- Preparazione e studio di materiali magnetici nanostrutturati ad alta anisotropia ed elevato prodotto di energia, da utilizzare per nuovi magneti permanenti con riduzione o sostituzione di terre rare.
- Preparazione e studio di nanofluidi termoelettrici a base di nanoparticelle magnetiche disperse in liquidi ionici per il recupero di energia su piccola scala.
- Sviluppo di metodi di esfoliazione massiva di grafene capaci di sviluppare aree superficiali >600 m2/g per fabbricazione di supercapacitori.
- Sviluppo di processi per il recupero di terre rare da magneti permanenti provenienti da scarti e rifiuti elettrici ed elettronici urbani utilizzando un sistema misto idrometallurgico-estrazione con solvente.
Progetti:
- EU PROME3THE2U2S (2013-16)www.prometheus-energy.eu. Finanziamento 3.0 M€. Sviluppo di celle solari ad alta temperatura e ad alta efficienza per la conversione di energia solare concentrata;
- EU E2PHEST2US (2010-13)www.ephestus.eu. Finanziamento 1.9 M€. Sviluppo di moduli di conversione di energia solare concentrata in energia elettrica basati sulla combinazione degli effetti termoionico e termoelettrico;
- EU STAGE-STE (2014-17)www.stage-ste.eu. Finanziamento 9.9 M€. Sviluppo di componenti e materiali innovativi per sistemi a concentrazione solare;
- FSE Basilicata CLaN-Solar-E e CLaN4SEnSe (2013-2015). Finanziamento 190 k€. Ricerca pre-industriale per progettazione e realizzazione prototipale di un concentratore solare termodinamico, adozione di nuove soluzioni e materiali anche per fotovoltaico organico ed ibrido;
- CNR-MFE EFOR (2011-2013) www.dsftm.cnr.it/erc/. Finanziamento 150 k€. Fabbricazione di sistemi fotovoltaici ibridi di terza generazione;
- Premiale MIUR Energia da Fonti Rinnovabili (2011) www.cnr.it/sitocnr/UPO/pt_2010_2012/PT2010_app2_3.pdf. Finanziamento 100 k€. Realizzazione di nuovi materiali fotoattivi e processi di sensitizzazione innovativi;
- Marie Curie NANOMAG (2012-16) http://cordis.europa.eu/project/rcn/103404_en.html. Studio di magneti permanenti nanostrutturati con ridotto contenuto in terre rare;
- NoE PCRec nell’iniziativa Europea KIC Raw Materials. Partecipazione a una rete europea di infrastrutture e consulenza per il riciclo di magneti permanenti e recupero di terre rare mediante processo idrotermale ibrido;
- COST Actions MP0902, MP1307, MP1202.
Brevetti:
PCT/IT2013/058225 - WO2014033690 “THERMIONIC CONVERTER DEVICE”, Inventori: D.M. Trucchi, E. Cappelli, S. Orlando, D. Sciti. Proprietà CNR. Attivo in Italia dal Settembre 2012, in fase di estensione in Europa e USA. Protegge il design e il procedimento di fabbricazione di un modulo di conversione termoionico/termoelettrico.
INFRASTRUTTURE E STRUMENTAZIONE
Sintesi di materiali:
- Laboratori di sintesi chimica;
- Sistemi di deposizione CVD, RF sputtering, PLD (anche con laser femtosecondo) per film sottili.
Caratterizzazione di materiali:
- Spettroscopica: UV-Vis-NIR in assorbimento e fluorescenza a stato stazionario e risolta in tempo, FTIR, Raman, pump & probe con laser femtosecondo;
- Elettrochimica (voltammetrica in soluzione e a stato solido);
- Diffrazione e Riflettometria di Raggi-X in Dispersione di Energia (EDXD-EDXR);
- Microscopie AFM, SEM;
- Elettronica (resistività, bandgap, densità di stati in funzione della temperatura (-200 ¸ 1000 °C));
- Magnetometrica (SQUID, VSM vettoriale, Isteresigrafo) con campi magnetici statici £ 5.5 T e temperature tra 2 e 770 K;
- XPS, ARPES e NEXAFS presso beamlines ISM a Sincrotrone Trieste;
- In via di completamento: spettrometro a Raggi-X integrato con simulatore solare per studi in-situ di celle solari per indagare l’effetto di degradazione microscopica dei materiali sulla perdita di efficienza del dispositivo.
Competenze e strumenti di calcolo per modellizzazione teorica.
TEMATICHE/SETTORI DI INTERVENTO
- Efficienza energetica
- Produzione di energia da fonti rinnovabili
- Ricerca energetica di frontiera