L’infrastruttura computazionale trasversale

L’infrastruttura computazionale trasversale è costituita da un database (DB) visibile a tutti i servizi della piattaforma e da un workflow che funge da “regista” dei diversi servizi. Il workflow è guidato da Intelligenza Artificiale e da tecnologie BigData per “imparare” dai dati ed ottimizzare la progettazione dei nuovi materiali. Il motore di questa infrastruttura sarà il supercomputer CRESCO, installato presso il C. R. ENEA di Portici, su cui si implementeranno tecnologie HPC (High Performance Computing) sia per la gestione dei dati sia per lo sviluppo ed implementazione di una libreria di codici numerici per il modeling molecolare. I casi applicativi da sviluppare si inquadrano nell’ambito di tre aree di ricerca del settore energia ritenute centrali per favorire il processo di transizione energetica: accumulo elettrochimico – batterie, elettrolizzatori e fotovoltaico. Come mostrato nella Figura seguente la piattaforma IEMAP sarà strutturata per realizzare un processo ciclico in cui sono previsti, da sinistra verso destra, le seguenti fasi operative:

• attività di modellista del materiale;
• sintesi e caratterizzazione sperimentale ;
• valutazione dell’impatto ambientale.

Qualora il materiale non soddisfi i requisiti dell’applicazione prevista, l’intero processo viene reiterato richiedendo nuove indicazioni alla modellistica al fine di indirizzare al meglio le attività sperimentali orizzontali.
L’intero processo viene ripetuto fino all’identificazione di un insieme di materiali con le caratteristiche desiderate.

Materiali per l’accumulo elettrochimico Nel caso dei materiali per l’accumulo elettrochimico le linee di attività riguardano:

• materiali catodici con lo sviluppo di un sistema di sintesi e caratterizzazione automatizzata ad elevate prestazioni;
• elettroliti innovativi (liquidi ionici) sintetizzati e caratterizzati mediante processi automatizzabili;
• materiali anodici per i quali si prevede la produzione e il testing rapido di polvere di silicio a granulometria e composizione chimica controllata mediante processi automatizzabili.

Sarà, inoltre, sviluppata ed implementata una metodologia automatizzabile per la formulazione di inchiostri, finalizzata alla produzione di elettrodi mediante stampa rotocalco. Infine, verrà sviluppato un processo di recupero sostenibile di materiali da sistemi di accumulo elettrochimico a fine vita.

Materiali per gli elettrolizzatori Nel caso dei materiali per gli elettrolizzatori si prenderanno in considerazione elettrolizzatori a bassa temperatura (alcalini a membrana AEM e polimerici PEM) e ad alta temperatura (PCE). Con riferimento agli AEM l’attività sarà rivolta alla sintesi automatizzata di membrane composite a scambio anionico. Per i PEM si effettuerà la sintesi di catalizzatori a basso contenuto di materiali critici (CRM) mediante tecniche di deposizione rapida per l’impiego in elettrolizzatori rigenerativi innovativi. Infine, per i PCE l’obiettivo da perseguire riguarderà lo sviluppo di elettrodi ed elettroliti a conduzione mista protonica-elettronica e/o compositi, con diversi metodi di sintesi ed interfacce basate su tecniche di machine learning (ML).

Materiali per il fotovoltaico Nel caso dei materiali per il fotovoltaico, è previsto lo sviluppo di soluzioni avanzate per l’utility-scale e il building integration (BIPV), ricercando e studiando materiali, architetture di dispositivo e processi avanzati. In particolare, saranno sviluppati:

• celle solari innovative a film sottile di perovskite mediante processi rilevanti per l’industria;
• metodologie e tecniche sostenibili di recupero di materiali da pannelli fotovoltaici a fine vita;
• dispositivi fotovoltaici InGaP/Si per applicazioni in pannelli a concentratori luminescenti;
• dispositivi ibridi ed integrati PV-accumulo, a due e tre terminali, per la gestione dell’intermittenza della fonte solare, adatti alle applicazioni di building integration anche in ambienti indoor.

Saranno, inoltre, prodotti rapporti tecnici descrittivi delle attività di ricerca e sperimentazione condotte e dei principali risultati conseguiti, nonché pubblicazioni su riviste scientifiche e divulgative e a congressi nazionali ed internazionali di settore.