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Materiali nanostrutturati innovativi (carboniosi, ossidi di metalli di transizione) che possono essere utilizzati come catodi in celle Li-aria vengono preparati e testati in batterie mediante vari tipi di tecniche elettrochimiche. Lo studio della reattività superficiale di tali interfacce viene affrontato attraverso spettroscopia di fotoemissione/fotoassorbimento sia dei livelli interni (XPS) che di valenza (UPS), sia con sorgenti tradizionali che di sincrotrone. Altre tecniche utilizzate sono: FE-SEM, TEM, XRD, spettroscopia Raman. Inoltre, lo studio beneficia anche di calcoli teorici.
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Stefania Panero, Giovanna Maresca, Lucia Lombardo, Akiko Tsurumaki, Ruggero Poiana
Aumentare il livello di sicurezza delle batterie al litio significa ridurre l’infiammabilità degli attuali elettroliti, basati su solventi volatili. Possibili soluzioni si basano sull’introduzione di Liquidi Ionici o di elettroliti polimerici gelificati. Nel nostro laboratorio vengono sintetizzati ed investigati nuovi liquidi ionici funzionalizzati ed elettroliti polimerici compositi, entrambi caratterizzati in batterie al litio con elettrodi selezionati. Un altro campo d’interesse nel settore riguarda lo sviluppo della famiglia di elettroliti allo stato solido, ceramici o vetrosi.
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Stefania Panero, Lucia Lombardo, Lucia Mazzapioda
L’idrogeno è un vettore energetico, può immagazzinare energia da fonti rinnovabili ed intermittenti. Gli elettrolizzatori a membrana polimerica offrono una soluzione sostenibile per la produzione di idrogeno da acqua ma la tecnologia è ancora immatura. Il nostro obiettivo è sviluppare materiali a basso costo, elevate stabilità ed attività, per tali elettrolizzatori. Focus principale è lo studio di elettrocatalizzatori a ridotto contenuto di metalli nobili per la reazione anodica di evoluzione dell’ossigeno, proponendo al contempo opportuni supporti carboniosi e ossidi co-catalizzatori.
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Stefania Panero, Lucia Mazzapioda
Nell’ambito delle celle a combustibile ad elettrolita polimerico, è ancora necessaria un’intensa attività di ricerca per soddisfare i requisiti di costo ed efficienza. Fondamentale è lo sviluppo di membrane e catalizzatori a basso costo e durevoli. Il nostro laboratorio propone nuove membrane composite, formate da nanoparticelle inorganiche in matrice polimerica, come elettroliti ad alta temperature e bassa umidità relativa. Contemporaneamente, sono oggetto di studio nuovi catalizzatori, basati su composti macrociclici, in grado di promuovere le reazioni agli elettrodi in assenza di platino.
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Questa linea di ricerca è condotta in collaborazione con il Joint Research Center della Commissione Europea, Institute for Transuranium Elements, Karlsruhe (Germania). Il lavoro ha per oggetto lo studio termodinamico e spettroscopico di sistemi di ossidi contenti zirconia e un ossido transuranico (di Pu, Th, U). Questi sistemi sono di notevole interesse perché possono formarsi a seguito di incidenti nucleari gravi che coinvolgano l’interazione tra le barre di combustibile e il rivestimento delle stesse, costituito da leghe di zirconio.
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Obiettivo della ricerca è la sintesi, caratterizzazione e studio termodinamico di nuovi sistemi perovskitici piombo alogenuro con cationi di ammonio di varia natura. Vengono selezionati ioni ammonio di dimensioni tali da poter dare origine a perovskiti stabili e tentata la sintesi delle stesse partendo da soluzioni acquose od organiche. Una volta ottenuti solidi isolabili, essi vengono caratterizzati chimicamente, spettroscopicamente, strutturalmente e termodinamicamente.
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Matteo Bonomo, Diego Di Girolamo, Ruggero Caminiti, Claudia Sadun, Olga Russina, Daniele Zappi, Andrea Giacomo Marrani
Design di materiali e configurazioni di dispositivi per la conversione della luce (sia solare che indoor) in energia elettrica o in prodotti di interesse energetico quali l'idrogeno, prodotti di idrogenazione dell'anidride carbonica e sintoni. Il principio di funzionamento di questi dispositivi fotoelettrolitici e' quello della cella solare a colorante di Gratzel in cui gioca un ruolo di primaria importanza la sostanza fotoattiva che deve combinare proprieta' di fotosensibilizzatore con proprieta' catalitiche ed elettrocatalitiche.
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Questa attività ha come obiettivo lo studio del meccanismo di doping mediante metalli alcalini di substrati CIGSe (Cu(In,Ga)Se2), di grande potenzialità per applicazioni fotovoltaiche. In particolare, l’interesse principale è quello di studiare le modalità di vaporizzazione dei seleniuri di sodio e potassio, al fine di rilevare la presenza di specie gassose che potrebbero essere coinvolte nel doping di tali materiali mediante un meccanismo via fase gas.
