RIFERIMENTI
Daniele Marré (Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.)
Sito web dell’Istituto: www.spin.cnr.it
PRINCIPALI ATTIVITA’ NEL SETTORE ENERGIA
CNR-SPIN è attivo da tempo nello ricerca su materiali e tecnologie innovative per applicazioni in energetica, con particolare riferimento ai settori di produzione sostenibile di energia e di gestione intelligente dell’energia.
Produzione sostenibile di energia
Fotovoltaico
L’attività di ricerca riguarda principalmente lo sviluppo e la sperimentazione di materiali, tecnologie e componenti per l’aumento dell’efficienza delle celle fotovoltaiche e dei pannelli solari e per la riduzione dei costi, nonché l’impiego di tecnologie di produzione alternative a basso costo e la modellizzazione teorica dei materiali investigati. Nel dettaglio sono studiati materiali ad alta efficienza di conversione quali calcogenuri di metalli di transizione e perovskiti ibride organico/inorganiche che mostrano notevoli potenzialità, nonché metodi di fabbricazione di celle tramite deposizione ink-jet. Sono state sviluppate tecniche innovative, basate sullo studio delle fluttuazioni intrinseche, per la caratterizzazione di celle solari, sia di tipo tradizionale sia a base polimerica.
Celle a combustibile
Le celle a combustibile sono dispositivi ad alta efficienza e basso impatto ambientale per la conversione diretta di energia chimica in energia elettrica. L’attività di ricerca riguarda principalmente lo sviluppo di materiali e processi per celle a combustibile miniaturizzate ad ossidi solidi operanti a temperature intermedie. Sono studiati materiali innovativi per tutte le componenti di cella: anodo, catodo, elettrolita, nonché catalizzatori elettrodici. Tali materiali sono studiati in forma di film sottili ed eterostrutture. La tecnologia attuale si basa principalmente su elettroliti di conduttori di ioni ossigeno. Tuttavia i conduttori protonici hanno dimostrato di essere una valida alternativa come materiali alternativi per le SOFC. L’attenzione è focalizzata sullo studio dell’effetto delle interfacce, della nanostrutturazione e dello strain sulle proprietà dei diversi materiali allo scopo di migliorare la conduzione dell’elettrolita ed accelerare le reazioni chimiche agli elettrodi. Studi recenti hanno infatti dimostrato che agendo su questi elementi la conduzione protonica può essere aumentata di diversi ordini di grandezza.
Energy Harvesting
L'energy harvesting recupera energia dispersa nell’ambiente circostante sfruttando diversi fenomeni fisici quali l’induzione elettromagnetica, la piezoelettricità e la termoelettricità. In particolare l’attività si concentra sullo sviluppo di sistemi microelettromeccanici per il recupero dell’energia meccanica e sullo sviluppo di moduli termoelettrici per il recupero dell’energia termica dispersa.
Nel primo caso è stata sviluppata una tecnologia originale per realizzare dispositivi MEMS basati interamente su ossidi di metalli di transizione. Grazie alla compatibilità strutturale di questi materiali e alla loro multifunzionalità, si possono realizzare dispositivi che abbinano proprietà piezoelettriche a proprietà magnetiche e utilizzarli per recuperare energia da fonti diverse.
Per quanto riguarda i materiali termoelettrici, la ricerca abbina la modellizzazione teorica dei materiali, la sintesi di materiali termoelettrici e la loro caratterizzazione. Particolare attenzione è rivolta allo studio dell’influenza della nanostrutturazione sulle proprietà termoelettriche in film sottili ed eterostrutture di composti di metalli di transizione.
Gestione Intelligente dell’energia
Sistemi di accumulo dell’energia
Lo sviluppo di tecnologie innovative per lo stoccaggio temporaneo di energia è una dei temi di maggior interesse in favore di un utilizzo ottimale delle differenti tipologie di fonti di energia oggi disponibili. In particolare, con l’effettiva introduzione sul mercato di fonti rinnovabili di energia come l’eolico, il fotovoltaico e l’idroelettrico, la possibilità di immagazzinare temporaneamente l’energia prodotta in eccesso o l’assorbimento di picchi di utilizzo, diventa cruciale. L’attività di ricerca si focalizza sull’immagazzinamento diretto di energia nel campo magnetico di un magnete superconduttore, i cosiddetti SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage). Si tratta di un dispositivo innovativo per l'accumulo di energia che può trovare applicazioni come UPS (Uninterruptible Power Supply) oppure come stabilizzatore di potenza nell'integrazione dei sistemi di generazione di energia con fonti rinnovabili. Il grande vantaggio degli SMES è quello di poter fornire una grossa potenza in tempi ristretti con una possibilità infinita di cicli. Questa attività si concentra sullo sviluppo di materiali superconduttori, fra gli altri, Il diboruro di Magnesio e i superconduttori a base di Fe, e nell’ingegnerizzazione di cavi e nastri superconduttori per la realizzazione di magneti.
CNR-SPIN è attore in progetti regionali, nazionali e internazionali sul tema energia; in particolare si ricordano:
PRIN 2010 “PC-‐SOFCs, Protonic Conductors Solid Oxide Fuel Cells based on nanostructured proton conductors: from materials synthesis to prototype fabrication.
PON Ricerca e Competitività 2007-2013 - PONa3_00007 “NAFASSY” NAtional FAcility for Superconducting SYstems(2012-2015) – Infrastruttura di ricerca per il test di cavi e magneti superconduttori per applicazioni di potenza.
FP7-NMP-2008-SMALL-2 OxIDes—Engineering Exotic Phenomena at Oxide Interfaces su nuovi materiali termoelettrici.
INFRASTRUTTURE E STRUMENTAZIONE
CNR-SPIN, nei suoi laboratori di Genova, Roma, L’Aquila, Napoli e Salerno, ha varie attrezzature e infrastrutture dedicate alla sintesi e allo studio di materiali innovativi per applicazioni energetiche.
In particolare CNR-SPIN è in grado di preparare materiali in forma di monocristalli (forno ad immagine per crescite ultrapure), policristalli, nanoparticelle, film sottili (depositati tramite tecniche fisiche quali MBE, PLD e sputtering), film spessi, cavi e nastri. Ha anche un laboratorio attrezzato per la preparazione di film tramite deposizione ink-jet.
Tra le attrezzature principali per la caratterizzazione troviamo invece: vari microscopi a scansione elettronica equipaggiati anche con sonde per l’analisi composizionale, diffrattometri a raggi X, microscopi a scansione di sonda (AFM e STM), magnetometri e suscettometri per la caratterizzazione delle proprietà magnetiche, apparati per la misura delle proprietà di trasporto termiche elettriche e termoelettriche in funzione della temperatura e del campo magnetico, sistemi cryogen-free di misura in alto campo fino a 16 T e a basse temperature fino a 50 mK.
TEMATICHE/SETTORI DI INTERVENTO
- Efficienza energetica
- Produzione di energia da fonti rinnovabili
- Ricerca energetica di frontiera