Lo scopo centrale di questo progetto è sviluppare nuovi materiali di tipo perovskite con elevata attività come elettrodi per l’ossigeno in celle elettrochimiche che operano a temperature intermedie (IT, 400-700 °C). Proponiamo di ottimizzare tali materiali impiegando un’elevata entropia nella progettazione della composizione dei siti A e B, evitando l’uso di materie prime critiche (CRM). In particolare, CRM come metalli nobili, cobalto e lantanidi pesanti sono ampiamente utilizzati negli elettrodi lato ossigeno e lato combustibile, e la ricerca di chimiche originali e innovative per sostituirli, tramite modellazione ed esperimenti, è una parte cruciale del progetto. Con l’uso di quattro o cinque diversi cationi nella composizione delle perovskiti (ferro, nichel, rame, manganese, molibdeno, bario, calcio, potassio, ecc.), ci aspettiamo di ottenere una vasta gamma di strutture a perovskite ad alta entropia, incluse le fasi Ruddlesden-Popper o Dion-Jacobson, perovskiti stratificate e pirosseni. Gli elettrocatalizzatori ad alta entropia miglioreranno drasticamente la regolazione delle interfacce a tripla fase, cambiando il paradigma dei dispositivi elettrochimici operanti a temperature intermedie che attualmente impiegano CRM.
Le simulazioni ab initio verranno utilizzate per progettare elettrodi per l’ossigeno, e saranno fabbricate semicelle per valutare l’energia di attivazione e il sovrapotenziale del ciclo redox dell’ossigeno (riduzione ed evoluzione, ORR/OER). La compatibilità chimica e strutturale all’interfaccia con materiali elettrolitici comuni, prima e dopo il funzionamento nelle semicelle utilizzate, sarà oggetto di caratterizzazione avanzata tramite spettroscopia.
In questo progetto multidisciplinare, volto a creare trasferimento di conoscenza e tecnologia nel nostro paese, quattro unità di ricerca con sede nel sud Italia (due istituti del CNR (ITAE e ISMN)) e due università (Università di Napoli e Università di Palermo) collaborano con le loro eccellenze in termini di attrezzature e coinvolgimento del personale. Attraverso studi fondamentali (sia teorici che sperimentali), basati su un approccio multidisciplinare che comprende chimica fisica, chimica e conoscenze ingegneristiche, questo consorzio si impegnerà a superare molteplici sfide socio-economiche nel cluster 5. In questo progetto, identificheremo catodi che siano sia economici che realizzati con materie prime affidabili e sostenibili, al fine di soddisfare i molteplici obiettivi strategici dell’Unione Europea. Escludendo l’uso di CRM, questi risultati rafforzeranno la resilienza del nostro paese, riducendo al contempo le emissioni globali di gas serra e migliorando l’efficienza energetica in settori chiave (come power-to-gas e gas-to-power). Anche altri settori apparentemente distanti trarranno beneficio dai progressi nel know-how delle elettroceramiche e dei conduttori misti elettronici-ionici, come l’assistenza sanitaria (distillatori di ossigeno) e l’ICT e la microelettronica.
Settore ERC: PE11 Materials Engineering
