RIFERIMENTI
Dr. Ruani Giampiero:Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.
Dr.ssa Venezia Anna Maria: Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.
Sito web dell’Istituto: www.ismn.cnr.it
PRINCIPALI ATTIVITA’ NEL SETTORE ENERGIA
L’ISMN ha sviluppato un’esperienza consolidata nel fotovoltaico organico ed ibrido che rappresentano la nuova generazione di tecnologie per la produzione di energia solare e nella produzione di idrogeno e sviluppo di materiali per celle a combustibile.
Fotovoltaico Organico (OPV). Ricerca e sviluppo rivolta alla realizzazione di celle fotovoltaiche ad elevata efficienza. Ottimizzazione del design molecolare dei materiali attivi e della morfologia del film Donore/Accettore, ingegnerizzazione del dispositivo e della sua architettura: dispositivi a giunzione singola (struttura standard, inversa, con diversi e/o strati aggiuntivi interfacial layers…) e TANDEM per ampliare lo spettro di assorbimento della cella solare minimizzando la perdita dei fotoni incidenti.
Celle solari ibride a base perovskitica (Perovkiti). Questo tipo di dispositivi fotovoltaici, dalla loro scoperta ad oggi hanno mostrato un rapido incremento dell’efficienza fino ad arrivare ad efficienze di conversione dell’ordine del 20%. Si sta attualmente lavorando ai fattori che principalmente costituiscono un limite al loro utilizza: stabilità, dimensioni dei dispositivi ed eliminazione del piombo.
Sono attualmente allo studio diverse geometrie di celle (piane e con strutture complesse con l’utilizzo di strutture templanti) con particolare attenzione a interfacce tra materiale attivo e strati trasportatori di elettroni e buche. Oltre alla classica tecnica della deposizione per spin coating, utilizzata per questo tipo di dispositivi, vengono messe a punto tecniche di deposizione a larga area integrabili all’interno di una futura produzione su larga scala (SLOT DIE e DOCTOR BLADE).
Caratterizzazione dispositivi (OPV e Perovskiti). Proprietà di stato stazionario (conversione di potenza e l'efficienza quantica interna ed esterna mediante misure corrente-tensione), Processi di invecchiamento estrinseci (ossigeno, acqua) e intrinseci (migrazione di specie mobili, il degrado di componenti dei dispositivi) mediante fotocorrente e fotovoltaggio transienti, micro-Raman, spettroscopia confocale di fluorescenza e mappatura di fotocorrente localizzati (risoluzione spaziane 500 nm).
Protezione dei dispositivi dai processi di degradazione (OPV e Perovskiti). Riduzione dei fenomeni di degradazione dovuti ad agenti esterni (O2, H2O, radiazione UV…) utilizzando materiali innovativi.
Idrogeno da biogas per utilizzo in celle a combustibile è ottenuto tramite processi catalitici di /dry reforming/ e di /ossidazione parziale/ del metano. Il metano, maggiore costituente del gas naturale e l’ anidride carbonica prodotta anche dalla combustione di combustibili fossili sono due gas entrambi con elevatissimo effetto serra, e costituiscono i prodotti di partenza per la reazione di dry reforming che produce gas di sintesi (syngas), miscela H2/CO, con composizione variabile, che trova applicazione per la sintesi di composti ossigenati (utilizzando miscele H2/CO con composizione 1:1) ed anche per l’ottenimento di combustibili tramite la reazione di Fischer-Tropsch.
Sviluppo di materiali innovativi per celle a combustibile. In particolare ossidi misti con struttura tipo- perovskite, vengono studiati per l’utilizzo come elettrodi in celle a combustibile di tipo (FC-SOFC) a temperature intermedie (500–750 °C) e per batterie Zn-aria.
Membrane composite funzionalizzate con molecole aromatiche vengono sviluppate per applicazioni in celle a combustibile del tipo PEM per l’utilizzo in dispositivi portatili.
Produzione di energia da fonti rinnovabili. La ricerca è indirizzata alla valorizzazione delle biomasse e scarti vegetali per produzione di biodiesel, e prodotti chimici ad alto valore aggiunto; Il biodiesel, combustibile prodotto da processi di trans esterificazione di grassi vegetali, è attualmente una delle alternative energetiche più interessanti dal punto di vista ambientale e tecnologico (green fuels). La ricerca verte sullo sviluppo di catalizzatori alternativi agli attuali fortemente acidi e non riciclabili.
Progetti europei: SUNFLOWER - SUstainable Novel FLexible Organic Watts Efficiently Reliable;
Progetti nazionali: Produzione di Energia da Fonti Rinnovabili (Premiale CNR); EFOR - Energia da Fonti rinnovabili (CNR per il Mezzogiorno); ALADIN - Nuova Generazione di Sistemi di Illuminazione/Segnalazione Intelligenti ad Alta Efficienza che Incorporano Generazione ed Accumulo Energetico (Industria 2015); PON TESEO - Tecnologie ad alta Efficienza per la Sostenibilità Energetica ed ambientale On-board; PON SEAPORT - Sviluppo di tecnologie innovative per la Sostenibilità Energetica ed Ambientale di cantieri nautici ed aree PORTuali; PON BIO4BIO - Valorizzazione Biomolecolare ed Energetica di biomasse residuali del settore Agroindustriale ed Ittico; Progetto bilaterale CNR-CNRST (Marocco).
Brevetto (ICB/ISMN): Procedimento “one-pot” per la produzione di miscele di biodiesel e eteri del glicerolo utili come biocarburanti.
INFRASTRUTTURE E STRUMENTAZIONE
Clean room equipaggiata con diversi sistemi di crescita e caratterizzazione in glove box:
- Crescita: 1) sistemi evaporazione/sublimazione in alto vuoto per metalli, ossidi, composti organici 2) spin coater 3) Doctor Blade 4) Slot Die 5) UV dispensing system per incapsulamento
- Caratterizzazione: caratterizzazione IV con simulatore solare
Caratterizzazioni:
- Spettroscopia: spettro-microscopia confocale risolta in tempo; micro-Raman; IR/micro IR (Mid-IR) anche risolto in tempo con tecnologia step-scan; spettroscopia di azione
- Microscopia a stilo (AFM, STM) e elettronica (SEM)
- Laboratori chimici per la sintesi
- Diffrattometria X
- EXAFS
- Porosimetro
- Spettrometro XPS VG Microtech ESCA 3000 Multilab
- Diffrattometro XRD
- Spettroscopia di emissione atomica
- TGA/DSC
- Apparato DTA-TG
Sintesi e test di reattività:
- Strumentazione per sintesi di combustione in soluzione
- TPR/TPO (anche per alte pressioni)
- Linea di reazione dotata di analizzatori ABB UV/IR e QM per catalisi ambientale
- Reattori Parr per reazioni a pressione elevate
- Forni ad alte temperature
TEMATICHE/SETTORI DI INTERVENTO
Efficienza energetica
Produzione di energia da fonti rinnovabili
Produzione sostenibile di energia da fonti fossili
Ricerca energetica di frontiera