Celle a combustibile di tipo PEM caratterizzate da strati catalitici a carico graduale e membrane elettrolitiche nanocomposite da ionomeri non fluorinati e nanostrutture a basso impatto ambientale per stack altamente performanti e durevoli con una maggiore potenza specifica [kW/kg] – LightPEM

Descrizione del progetto

Light-PEM è un progetto dedicato allo sviluppo di una nuova generazione di celle a combustibile a membrana a scambio protonico (PEM), pensate per funzionare con idrogeno e per offrire alte prestazioni anche oltre i 100 °C. L’obiettivo è rendere questi sistemi più leggeri, compatti ed efficienti, così da poterli utilizzare nei settori più esigenti, come la propulsione elettrica aeronautica e il trasporto pesante. Per riuscirci, Light-PEM studierà in modo completo tutti i componenti della cella a combustibile—piastre bipolari, strati catalitici e membrane innovative prive di fluorurati—e svilupperà modelli di simulazione per ottimizzare l’assemblaggio e i flussi interni. Il progetto risponde alle priorità dei sistemi energetici sostenibili, favorendo tecnologie in grado di produrre energia pulita con massima efficienza. Celle a combustibile più piccole e leggere possono infatti alimentare veicoli a basse emissioni e, allo stesso tempo, aprire nuove possibilità anche per dispositivi elettronici compatti e ad alto consumo.

Questa innovazione rafforzerà la competitività dell’industria italiana, sostenendo la transizione verso soluzioni energetiche verdi richieste da un mercato in rapida evoluzione. Dal punto di vista tecnologico, Light-PEM mira a superare gli attuali limiti delle celle a combustibile, ancora troppo pesanti, costose e complesse per un’ampia diffusione. Il progetto punta a integrare meglio i componenti, riducendo volume, peso e costi, e rendendo la tecnologia finalmente pronta per applicazioni commerciali su larga scala. L’impatto ambientale è significativo: l’uso dell’idrogeno e delle celle a combustibile può ridurre drasticamente le emissioni di gas serra e inquinanti, facilitando l’impiego di energie rinnovabili e contribuendo alla lotta contro il cambiamento climatico. Un aspetto chiave di Light-PEM è anche la riduzione dei metalli preziosi, come il platino, e l’analisi dell’intero ciclo di vita dei materiali, promuovendo soluzioni riciclabili e sostenibili.

Struttura del Progetto

L’Università degli Studi di Roma Tor Vergata è leader di: OR 4 – Design di ionomeri non perfluorurati a lunga durata per membrane ed elettrodi operanti a temperature ≥ 100°C e rivestimenti di piatti bipolari, sotto il coordinamento della Prof.ssa Maria Luisa Di Vona.

Dipartimenti coinvolti

Dipartimento di Ingegneria Industriale

Personale nel Progetto

Responsabile Scientifico: Prof.ssa Maria Luisa Di Vona

Massa critica:
Fabio De Matteis
Maria Luisa Di Vona
Gianfranco Ercolani
Riccardo Narducci
Paolo Prosposito
Maria Richetta
Alessandra Varone

Referente amministrativo: Dott.ssa Marina Carlotti

Personale reclutato

Durante il progetto Light-PEM, l’Università di Roma Tor Vergata ha reclutato 5 unità di personale, di cui 3 di genere femminile. I reclutati nel progetto comprendono:

• ricercatori
• dottorandi
• borsisti
• assegnisti di ricerca

• Uomini (40%)

• Donne (60%)

Le attività di Tor Vergata nel Progetto Light-PEM

Nel progetto Light-PEM, l’Università degli Studi di Roma Tor Vergata svolge un ruolo centrale nello sviluppo dei nuovi materiali che renderanno le celle a combustibile più leggere, efficienti e stabili anche oltre i 100 °C. Il gruppo di ricerca del Dipartimento di Ingegneria Industriale, attraverso il laboratorio LIME, è infatti responsabile della progettazione di ionomeri innovativi, fondamentali per il funzionamento delle membrane e degli elettrodi della cella.

L’attività consiste nel creare e ottimizzare diverse tipologie di ionomeri, progettati per rispondere ai requisiti di conducibilità, stabilità e durabilità necessari nelle condizioni operative più impegnative. A seconda dell’applicazione nelle membrane o negli elettrodi, vengono sviluppate matrici polimeriche con differenti strutture e capacità di scambio protonico. L’intero processo di sintesi e funzionalizzazione segue i principi della green chemistry e le direttive europee REACH, con l’obiettivo di ottenere materiali più sostenibili, sicuri e facilmente riciclabili. Parallelamente, Tor Vergata contribuisce al miglioramento dei piatti bipolari, un componente decisivo della cella a combustibile. Qui l’équipe lavora sia su rivestimenti protettivi in NbC depositati tramite magnetron sputtering, sia su trattamenti di cementazione a bassa temperatura, tecniche avanzate che aumentano la resistenza alla corrosione e la durata dei materiali metallici.

Per portare avanti queste attività, l’università mette a disposizione una vasta gamma di strumenti scientifici all’avanguardia: laboratori per sintesi organiche e inorganiche, spettroscopia NMR e Raman, microscopi elettronici ad alta risoluzione, sistemi di analisi termica e meccanica, apparecchiature per deposizione di rivestimenti sottili, strumenti elettrochimici di precisione e un’officina meccanica per la realizzazione di componenti personalizzati. Grazie a queste competenze e infrastrutture, Tor Vergata contribuisce in modo determinante alla creazione di materiali più performanti e durevoli, un passo essenziale per rendere le tecnologie Light-PEM affidabili e competitive nelle future applicazioni per il trasporto a zero emissioni.