Materiali di frontiera per usi energetici (Progetto 1.3)

Referente scientifico: Francesca Di Benedetto
francesca.dibenedetto@enea.it

Obiettivo dell’attività è aumentare la comprensione dei fattori determinanti le prestazioni dei materiali termoelettrico e piroelettrico operanti a temperature inferiori ai 200 °C. Gli attuali processi di produzione richiedono l’uso sia di materie prime o precursori dall’elevato impatto ambientale, in termini di tossicità e sostenibilità, sia di macchinari costosi ed altamente energivori. L’attività permetterà sia la progettazione di impianti pilota per la co-precipitazione di nanopolveri piroelettriche che lo sviluppo e la validazione di approcci tecnologici, quali RF magnetron sputtering, evaporazione termica e sintesi e assistite da reattore a microonde, che sono promettenti in termini di scalabilità industriale grazie anche a ridotti tempi di reazione ed elevato controllo composizionale, con conseguenti riduzioni dei consumi energetici. Inoltre particolare attenzione verrà posta all’utilizzo di materie prime critiche e con un basso impatto ambientale durante tutto il ciclo di produzione, uso e riciclo. Tali attività rispondono alla sfida tecnologica del “Clean Energy, Materials Innovation Challenge” dell’iniziativa mondiale Mission Innovation a cui l’Italia ha aderito con l’obiettivo di “promuovere l'accelerazione dell'innovazione tecnologica a supporto della transizione energetica”.

Referente scientifico: Amelia Montone
amelia.montone@enea.it

Sono previsti la progettazione, lo sviluppo e il testing di moduli termoelettrici e piroelettrici, a stato solido, e la validazione su scala laboratorio. Nell’ambito della tecnologia termoelettrica basata su materiali nanostrutturati e/o a film sottile inorganici o ibridi l’attività si propone di allineare le conoscenze interne con il contesto internazionale. L’attività richiederà la realizzazione dei materiali attivi in forma di multistrati adottando varie tecniche di deposizione e sagomatura, tra cui anche quelle di stampa, quale la serigrafia, per la realizzazione di microgeneratori elementari operanti nell’intervallo delle basse temperature (< 200 °C), con prestazioni confrontabili con quelle allo stato dell’arte. L’attività di ricerca sui piroelettrici prevede da una parte la realizzazione di prototipi di generatori piroelettrici con componenti ceramici partendo dalle nanopolveri di wurtzite, saranno esplorate le potenzialità dell’uso delle tecniche di stampa per la possibile deposizione diretta di film e dispositivi piroelettrici su larga scala e basso costo.

Referente scientifico: Daniele Mirabile Gattia
daniele.mirabile@enea.it

Le attività svolte in quest’ambito prevedono lo studio di materiali innovativi per utilizzo nel campo dell’additive manufacturing al fine di realizzare componenti e dimostratori di interesse per il settore elettrico. Le tecniche di riferimento saranno ADAM/BDM, LDM e SLM. Verranno studiati i materiali per stampanti di tipo ADAM/BMD, che utilizzano come materiale di partenza un composito polimerico caricato con particelle metalliche, e sono potenzialmente competitive con gli altri metodi di stampa per la loro velocità di deposizione e per il ridotto consumo energetico. È previsto inoltre lo studio di processi di produzione di polveri metalliche per AM mediante plasma termico e leghe ferrose a ridotto contenuto di Ni e rinforzate mediante trattamenti meccanici. per applicazioni nel campo dello scambio termico al fine della produzione di sistemi di scambio di calore più efficienti rispetto a quelli già presenti sul mercato. Altre attività saranno infine concentrate sulla qualifica di componenti prodotti mediante additive manufacturing in confronto con quelli ottenuti mediante le tecnologie convenzionali sottrattive e di fonderia.

Referente scientifico: Federica Bezzi
federica.bezzi @enea.it

Nell’ambito del work package verrà realizzato, mediante tecnologie additive, e testato uno scambiatore di calore, attualmente prodotto mediante assemblaggio e saldobrasatura di piastre in acciaio inox. L’attività è finalizzata all’esplorazione delle potenzialità dell’additive manufacturing in questo settore al fine di realizzare scambiatori di calore ottimizzati e per applicazioni anche in ambienti corrosivi. È prevista la realizzazione di un reattore refrattario per impianti di produzione di energia elettrica da biomasse.