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VERONICA TESTA
Ricercatore t.d. art. 24 c. 3 lett. A
Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari"
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Insegnamento: Celle a Combustibile
Ingegneria Civile e Ambientale (Offerta formativa 2024)
Obiettivi formativi
Il corso si propone di: fornire le conoscenze elettrochimiche e fisiche delle celle a combustibile, descrivendone le proprietà, la struttura, i materiali e il principio di funzionamento; approfondire le prestazioni energetiche delle celle a combustibile di maggiore interesse scientifico e industriale; illustrare i diversi metodi di produzione dell'idrogeno o di altri combuistibili imppiegati nelle reazioni di cella; descrivere le tecniche di realizzaione dei singoli componenti della cella o di dispositivi basati su celle a combustibile.
Prerequisiti
Basi di termodinamica, chimica applicat ai materiali e cinetica elettrochimica.
Programma del corso
Richiami di elettrochimica e termodinamica: reazioni di ossido-riduzione, tensione, corrente, entalpia di reazione, energia libera di Gibbs, degradazione dell'energia, legge di Nernst, energia di attivazione e catalisi (1 CFU - 8h).
Produzione dell'idrogeno: principali combustibili utilizzati per generare idrogeno, reforming, elettrolisi, rendimenti di produzione e strategie di ottimizzazione degli stessi. Stoccaggio, trasporto e compressione dell'idrogeno(1.5 CFU-16h).
Principi di funzionamento: elettrodi ed elettrolita, circuito elettrico, perdite di polarizzazione (attivazione, Ohmiche e di concentrazione), refrigerazione, bilanci energetici e di massa su reagenti e prodotti, rendimento elettrico e termico di cella e di stack, strategie di scarico delle sostanze prodotte. Struttura e componenti di celle a combustibile e stack di celle a combustibile: MEA (Membrane Electrode Assembly) e catalizzatori, GDL (Gas Diffusion Layer), piatti bipolari, guarnizioni, ausiliari (compressori, pompe, serbatoi, inverter, valvole).
Descrizione dei principali tipi di celle a combustibile (PEMFC, PAFC, AFC, DMFC, MCFC, SOFC) con relativi punti di forza e debolezza: materiali impiegati nella loro struttura, esempi di applicazione. Metodi di produzione di MEA per celle a combustibile: inchiostri, pressatura, stampa (getto d'inchiostro, rotocalco, serigrafia), ricoprimento (colata, spincoating, slot-die coating, immersione, tape casting) (2,5CFU-22h).
Cenni sulla produzione di altri combustibili che partecipano direttamente alle reazioni nelle celle a combustibile. Impiego delle celle a combustibile per la valorizzazione energetica delle biomasse. (1 CFU - 8h)
Metodi didattici
L'insegnamento si articola in lezioni frontali e laboratori. Le lezioni frontali vengono svolte dal docente attraverso presentazioni Power Point e proiezione di filmati/video esplicativi. Durante le lezioni, verranno mostrati agli studenti dei campioni esemplificativi delle celle a combustibile, per una migliore comprensione delle caratteristiche, della struttura e dei materiali impiegati in tali dispositivi. Vengono forniti agli studenti il materiale didattico e i link a siti web di approfondimento, come supporto allo studio. Le attività sperimentali includono: la simulazione del funzionamento di una cella a combustibile, l'acquisizione delle curve
di polarizzazione di un sistema elettrochimico, la simulazione di un elettrolizzatore, il test di produzione di idrogeno da reazione chimica e la stampa ink-jet di inchiostri catalitici per celle a combustibile.
La frequenza non è obbligatoria anche se consigliata. L’insegnamento è erogato in lingua italiana.
La docente è a disposizione durante il suo orario di ricevimento.
Testi di riferimento
J. Larminie, A. Dicks, Fuel cell systems explained, Wiley, Chichester, UK, 2003.
M. Noro, Celle a combustibile. Tecnologia e possibilità applicative, Dario Flaccovio, Palermo, Italia, 2010.
Verifica dell'apprendimento
La verifica si svolge mediante colloquio orale di circa 30 minuti a partire da un argomento a scelta dello studente. La prova orale prevede domande che spaziano su tutto il programma. La valutazione tiene conto del livello di comprensione acquisito dallo studente, ponendo attenzione sulla capacità di collegare fra loro le conoscenze apprese.
Risultati attesi
CONOSCENZA E CAPACITA' DI COMPRENSIONE
Tramite lezioni frontali, letture guidate, materiale audio-video e discussioni in aula lo studente
apprende: le basi sui principi fisici e chimici su cui si basa il funzionamento delle celle a combustibile; la struttura e il funzionamento specifico delle diverse tipologie di celle a combustibile, con relativi vantaggi e svantaggi; le prestazioni energetiche e dei problemi di utilizzo e produzione dell'idrogeno o altro combustibile impiegati nelle reazioni; i campi di utilizzo, con alcuni esempi di applicazione e i metodi di produzione delle celle a combustibile. Acquisisce la capacità di comprendere la letteratura specifica relativa all’argomento.
CAPACITA' DI APPLICARE CONOSCENZA
Durante le lezioni, il docente porrà domande agli studenti al fine di sollecitarli ad applicare le conoscenze acquisite alla risoluzione di problematiche pratiche relative alla produzione e allo stoccaggio dell'idrogeno, nonché alle caratteristiche delle celle a combustibile. Gli studenti saranno inoltre chiamati a valutare gli aspetti economici di tali problematiche, al fine di sviluppare un approccio professionale e consapevole al loro lavoro.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO
Grazie alla discussione in aula lo studente avrà l'opportunità di comprendere in modo approfondito gli argomenti trattati, di sviluppare la capacità di analisi critica e di esporre con chiarezza e competenza le proprie valutazioni.
ABILITA' COMUNICATIVE
Ecco la mia rielaborazione: "Le discussioni in aula costituiscono un'ottima occasione per sviluppare la capacità di presentare in modo efficace e conciso le proprie valutazioni sui quesiti proposti dal docente, di esprimere i concetti appresi con linguaggio appropriato e di sostenere una discussione critica e costruttiva in merito agli argomenti trattatI.
CAPACITA' DI APPRENDIMENTO
Le attività descritte consentono allo studente di acquisire gli strumenti metodologici necessari per proseguire gli studi in modo autonomo e per mantenersi aggiornati sulle ultime novità del settore.