Laboratorio di Materiali Avanzati per l’Energia (LAEM-Lab)
Il LAEM-Lab è ubicato presso l’ICCOM-CNR all’interno dell’area di ricerca CNR di Firenze e ha come principale attività la sintesi di composti inorganici, organici e organometallici per varie applicazioni di chimica verde, la progettazione e allo sviluppo di procedure sintetiche, la sintesi e la caratterizzazione di elettrocatalizzatori sia per processi anodici che catodici (con particolare attenzione ai materiali privi di elementi critici, CRM-Free). Inoltre il laboratorio ha come attività lo sviluppo di celle a combustibile ad idrogeno ed alcool diretto, di elettrolizzatori (per la produzione di idrogeno e composti ossidati), e di tecnologie per la riduzione elettrochimica di CO2 per l’immagazzinamento di energia in tramite la produzione di combustibili “carbon neutral” ed produzione intermedi; inoltre laboratorio si dedica anche allo sviluppo di dispositivi di produzione di idrogeno on-demand tramite idrolisi alcalina di idruri e metalli. Il laboratorio infine vanta una solida esperienza nel campo nel trattamento di materiali derivanti da accumulatori (batterie) esausti e nel recupero sostenibile dei materiali costitutivi.
Campi di applicazione
- Sviluppo di materiali innovativi per la trasformazione e l’immagazzinamento di energia
- Celle a combustibile (PEMFC, DAFC, etc)
- Elettrolizzatori ad acqua e/o alcool
- Elettrosintetizzatori (CO2RR, elettrossidazione selettiva etc)
- Batterie ed accumulatori
- Recupero idrometallurgico
Competenze
- Sintesi di composti inorganici, organici e organometallici.
- Sintesi di elettrocatalizzatori sia per processi anodici che catodici.
- Caratterizzazione morfologico-strutturale, chimica, elettrochimica e funzionale di materiali catalitici e elettro-catalitici.
- Caratterizzazione di celle a combustibile complete, elettrolizzatori e stack di questi ultimi (PEMFC, DAFC e PEM).
- Progettazione e allo sviluppo di procedure sintetiche e scale-up.
- Conversione e valorizzazione elettrochimica della CO2
- Trattamenti idrometallurgici di materiali per l’energia (batterie) e progettazione di linee di recupero dei materiali in essi contenuti.
- Progettazione e costruzione di celle e reattori elettrochimici a bassa e alta pressione per applicazioni specifiche.
Strumentazione
Sintesi e manipolazione dei materiali
- Autoclavi artigianali e autoclavi Parr (acciaio inossidabile, vetro).
- Numerosi tipi di vetreria per sintesi chimica in atmosfera controllata.
- CEM Forno microonde 300W (fino a 300 °C, controllo atmosfera: H2, N2, He, Ar, O2).
- Vari forni al quarzo artigianali (fino a 1000 °C, atmosfera controllata: H2, N2, He, Ar, O2).
- Forno a muffola (da 30 a 3000 °C) (NABERTHERM).
- Dispositivo di lappatura (REMET LS 2).
- Portaoggetti MBraun Labmaster.
- Vari portaoggetti fatti in casa.
- Ball Milling (RETSCH MM 400).
- Pressa a caldo idraulica per assemblaggi membrana-elettrodi (MEA) GIBITRE, fino a 25000 Kg, temperatura massima 250 °C, superficie max 400 cm².
Caratterizzazione strutturale e chimica dei materiali
- Gascromatografo Shimadzu con colonna per GAS leggeri
- HPLC Shimadzu LC8A comprendente colonne chirali e preparative e rivelatore array.
- Cromatografo a ioni compatto METROHM 761.
- Spettrofotometro FTIR Nicolet 6700.
- Modulo riflettente SPECEC per spettrometro FTIR Nicolet 6700.
Caratterizzazione funzionale dei materiali
- Reattore CATLAB composto da due moduli interconnessi: un microreattore comprensivo di controllo della temperatura e del flusso con guarnizioni resistenti alla corrosione e un sistema di spettrometro di massa a quadrupolo QIC-20, con doppio moltiplicatore di elettroni a tazza di Faraday/channeltron.
- Stazione di prova per celle a combustibile Scribner Associates 850C (controllo del gas: flusso, pressione, umidificazione, temperatura; esperimenti potenziostatici e galvanostatici; 50 V max, 10 A max).
- Stazioni di prova per celle a combustibile Scribner Associates 850E (Controllo del gas: flusso, pressione, umidificazione, temperatura; esperimenti potenziostatici e galvanostatici; 50 V max, 20 A max).
- Quattro Flussimetri BRONKHORST HI-TECH (da 0,3 mL/min fino a 200 L/min).
Caratterizzazione elettrochimica dei materiali
- Due Princeton Parstat 2273 (corrente max. 2 A, conformità 100 V, risoluzione corrente 1,2 fA, impedenza di ingresso >1013 Ohm, capacità <5 pF, analizzatore di impedenza integrato da 10 μHz a 1 MHz).
- Bipotenziostato Parstat 3000A-DX (2 canali, uno +/- 30V, +/- 2A, frequenza 10uHz-7MHz, l’altro +/- 10V, +/- 2A, frequenza 10uHz-1MHz)
- ARBIN BT2000 (4 canali, +/-5 A max, +/-10 V max).
- ARBIN LBT21084 (8 canali, +/-5 A max, +/-10 V max, stackabili).
- Carico Variabile Croma 63112° (240A, 80V, 1200W)
- METROHM PGSTAT101 (10 V max, 100 mA max, risoluzione 30 A).
- Elettrodi a disco rotante (RDE) PAR 616.
- Elettrodo a disco-anello rotante (RRDE) PAR 636A
- Celle commerciali ed autocostruite per esperimenti elettrochimici (CV, curve di potenza, curve potenzio statiche e dinamiche, curve galvanostatiche e dinamiche, impedenza).
Personale strutturato:
- Francesco Vizza, Associato Senior CNR, Direttore Scientifico del LAEM-Lab
- Marco Bellini, Ricercatore
- Manuela Bevilacqua, Prima Ricercatrice
- Jonathan Filippi, Ricercatore
- Alessandro Lavacchi, Primo Ricercatore
- Andrea Marchionni, Ricercatore
- Hamish Miller, Primo Ricercatore
- Werner Oberhauser, Dirigente di Ricerca
- Maria V. Pagliaro, Ricercatrice Tempo Determinato