LINEA DI ATTIVITÀ
LA 3.10
Descrizione risultati raggiunti LA
Durante il terzo anno di attività sono stati completati i test sperimentali, contestualmente sono stati compilati i file Excel secondo il template previsto dalla piattaforma IEMAP e reperibile al sito https://iemap.enea.it/; infine sono stati creati i relativi progetti “metadata” in piattaforma al sito https://iemap.enea.it/.
I materiali i cui dati sperimentali sono stati convertiti in dati per il database hanno le seguenti composizioni: La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O3, La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O2.9F0.1, La0.6Sr0.4Fe0.7Co0.2Cu0.1O3, La0.6Sr0.4Fe0.7Co0.2Cu0.1O2.9F0.1, La0.6Sr0.4Fe0.7Co0.2Ni0.1O3.
Le composizioni studiate sono state preparate sia tramite sintesi per combustione (SCS) che tramite il metodo del citrato in accordo a quanto ottimizzato durante i sal 1 e 2. Le tecniche di caratterizzazione che hanno permesso di ottenere dati da implementare nella piattaforma IEMAP sono la diffrazione dei raggi-X (XRD) associata all’analisi Rietveld, l’analisi termogravimetrica (TGA), la riduzione a temperatura programmata in idrogeno (H2-TPR) e la spettroscopia d’impedenza elettrochimica in CO2 (EIS). Inoltre, sono state condotte misure tramite spettroscopia fotoelettronica dei raggi-X (XPS) anche se le misure non sono state portate a termine per tutti i campioni a causa di un guasto strumentale come si riporta nella tabella “Piano di gestione e mitigazione dei rischi”.
I dati per il database sono stati ottenuti attraverso accurate indagini sperimentali a completamento di quanto fatto durante il “sal 2”. Come riportato in figura 1, sono state completate le misure in bilancia termogravimerica (TGA) per lo studio dell’interazione gas/solido, tramite delle analisi di assorbimento/desorbimento di CO2 in funzione della temperatura al variare della percentuale della massa del campione. Per tutti i campioni riportati sopra è stato usato il metodo “CO2-capture” in accordo a quanto riportato nel “sal 2” per i campioni La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O3, La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O2.9F0.1 e La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O2.8F0.2 preparati tramite SCS. Il metodo di analisi messo appunto ha rilevato che i campioni co-drogati con Cu e F hanno maggior capacità di chemisorbire la CO2.
Figura 1. Profili TGA dei campioni La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O3 (LSCF), La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O2.9F0.1 (LSCFF1), La0.6Sr0.4Fe0.7Co0.2Cu0.1O3 (LSCFCu), La0.6Sr0.4Fe0.7Co0.2Cu0.1O2.9F0.1 (LSCFCuF1) preparati con il metodo SCS e del citrato (CIT) secondo il metodo “CO2 capture”.
L’ intorno chimico delle specie riducibili dei campioni studiati è stato valutato tramite misure di H2-TPR, come mostrato in figura 2. Il drogaggio in B e in O delle perovskiti AA’BB’O3 influenza l’intorno chimico delle specie riducibili. Inoltre bisogna sottolineare che tutti i materiali mostrano proprietà riduttive alle temperature di esercizio delle celle ad ossidi solidi cioè tra circa 600-850°C.
Figura 2. Profili H2-TPR per i campioni La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O3 (LSCF_SCS in magenta e LSCF_CIT in viola), La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O2.9F0.1 (LSCFF1_SCS in arancione e LSCFF1_CIT in rosso), La0.6Sr0.4Fe0.7Co0.2Cu0.1O3 (LSCFCu_SCS in grigio e LSCFCu_CIT in nero) e La0.6Sr0.4Fe0.7Co0.2Cu0.1O2.9F0.1 (LSCFCuF1_SCS in celeste e LSCFCuF1_CIT in blu).
In seguito all’ottimizzazione della preparativa delle semicelle bottom cell per i test d’impedenza avvenuta durante il “sal 2”, sono state condotte misure di spettroscopia d’impedenza in CO2 pura con un flusso di 25mL/min tra 700-850°C. L’analisi dei Nyquist plot, di cui un esempio è riportato in figura 3, ha permesso di determinare le resistenze per area specifica, ASR, i cui valori sono riportati in tabella 1. I test mostrano come il co-drogaggio tramite Cu nel sito B e F nel sito dell’O degli ossidi perovskitici AA’BB’O3 riduca la ASR che, congiuntamente alla maggior capacità di chemisorbire CO2 per questi campioni, indica come questa strategia sia stata adeguata allo scopo.
Figura 3. Esempio di Nyquist plot per il campione La0.6Sr0.4Fe0.7Co0.2Cu0.1O2.9F0.1 (LSCFCuF1) preparato tramite SCS ed analizzato tramite il software DearEIS (https://github.com/vyrjana/DearEIS) con un modello circuitale contenente in serie induttanza (L), resistenza ohmica (R) e tre circuiti (RQ) aventi in parallelo una resistenza e una capacità che tiene conto di fenomeni reali di conduzione.
Tabella 1. Valori di ASR ottenuti a 850°C in CO2 pura per i campioni La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O3 (LSCF), La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O2.9F0.1 (LSCFF1), La0.6Sr0.4Fe0.7Co0.2Cu0.1O3 (LSCFCu), La0.6Sr0.4Fe0.7Co0.2Cu0.1O2.9F0.1 (LSCFCuF1) preparati con il metodo SCS e del citrato (CIT) Durante il terzo anno di attività sono stati completati i test sperimentali, contestualmente sono stati compilati i file Excel secondo il template previsto dalla piattaforma IEMAP e reperibile al sito https://iemap.enea.it/; infine sono stati creati i relativi progetti “metadata” in piattaforma al sito https://iemap.enea.it/.
Tabella 1. Valori di ASR ottenuti a 850°C in CO2 pura per i campioni La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O3 (LSCF), La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O2.9F0.1 (LSCFF1), La0.6Sr0.4Fe0.7Co0.2Cu0.1O3 (LSCFCu), La0.6Sr0.4Fe0.7Co0.2Cu0.1O2.9F0.1 (LSCFCuF1) preparati con il metodo SCS e del citrato (CIT)
Risultati attesi nel POA
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REFERENTE/I
Liberato Manna – Istituto Italiano di Tecnologia
Deliverable consegnati con questo LA
D 3.16 – Rapporto tecnico: “Creazione di un database delle possibili tecniche di sintesi e delle proprietà identificate in letteratura, come determinanti l’attività elettrocatalitica”
Livello di innovazione
Lo studio di perovskiti drogate con fluoro, dove O è parzialmente sostituito da F, per la riduzione elettrochimica della CO2 rappresenta una assoluta novità, grazie alla loro elevata capacità di adsorbimento di CO2 dovuta alla concentrazione difettiva di ossigeno in superficie [1-3]. Inoltre, la presenza di tre differenti metalli di transizione nel sito B cui Fe, Co e Cu/Ni apre la strada ai sistemi multielemento che sono sempre più d’interesse della comunità scientifica internazionale come, per esempio, le perovskiti a media e alta entropia [4-5].
[1] N. Tarasova, M. B. Hanif, N. K. Janjua, S. Anwar, M. Motola, D. Medvedev International Journal of Hydrogen Energy 50, Part C, 2024, 104-123.
[2] C. Yang, Y. Tian, J. Pu, B. Chi ACS Sustainable Chemistry & Engineering 10, 2022, 2.
[3] S. Wang, B. Qian, Y. Tang, Q. Ni, Y. Zheng, H. Chen, L. Ge, H. Yang Electrochimica Acta 439, 2023, 141659.
[4] W. Jia, Y. Wang, J. Huang, M. Li d, B. Xiang, Y. Wang, L. Wu, L. Zheng, L. Ge Applied Energy 353 (2024) 122096.
[5] Y. Ning, Y. Pu, C. Wu, Z. Chen, X. Zhang, L. Zhang, B. Wang Journal of the European Ceramic Society 44, 8, 2024, 4831-4843.
[6] C. Wang, H. Miao, X. Zhang, J. Huang, J. Yuan Journal of Power Sources 596 (2024) 234112. Lo studio di perovskiti drogate con fluoro, dove O è parzialmente sostituito da F, per la riduzione elettrochimica della CO2 rappresenta una assoluta novità, grazie alla loro elevata capacità di adsorbimento di CO2 dovuta alla concentrazione difettiva di ossigeno in superficie [1-3]. Inoltre, la presenza di tre differenti metalli di transizione nel sito B cui Fe, Co e Cu/Ni apre la strada ai sistemi multielemento che sono sempre più d’interesse della comunità scientifica internazionale come, per esempio, le perovskiti a media e alta entropia [4-5].
[6] C. Wang, H. Miao, X. Zhang, J. Huang, J. Yuan Journal of Power Sources 596 (2024) 234112.
Disseminazione
– F. Deganello, C. Aliotta, R. Thangavel, V. La Parola, E. La Greca, L.F. Liotta Fluorine-doped Lanthanum strontium cobalt ferrite perovskites as cathodic material: investigation of ORR and CO2RR Poster EuropaCAT2023
– Chiara Aliotta, Leonarda Francesca Liotta, Valeria La Parola, Eleonora La Greca, Francesca Deganello Doping Strategies on Perovskite Oxides-Based Materials for Clean Energy and Energy Vectors Comunicazione Orale Giornate di Dipartimento 2023
– L.F. Liotta, M. Celino, S. Ferlito, S. Giusepponi, E. La Greca, F. Deganello, C. Aliotta. Toward the Italian Energy Materials Acceleration Platform: database implementation with perovskite oxide materials for electrolyzers. Poster Workgroup IEMAP COST EU-MACE,2024
– EsperienzaInsegna2023
– Sharper2023 – F. Deganello, C. Aliotta, R. Thangavel, V. La Parola, E. La Greca, L.F. Liotta Fluorine-doped Lanthanum strontium cobalt ferrite perovskites as cathodic material: investigation of ORR and CO2RR Poster EuropaCAT2023
– Sharper2023
