Arcotronics Fuel Cells

Presentazione sul tema: "Arcotronics Fuel Cells"— Transcript della presentazione:

1 Arcotronics Fuel Cells
Sviluppo di sistemi a fuel cell: l’esperienza di Arcotronic Fuel Cells A. D’Anzi Arcotronics Fuel Cells Srl, Via S. Lorenzo 19, 40037, Sasso Marconi (BO) Italy Torino, 16 Giugno 2004 ARCOTRONICS SpA - Via San Lorenzo, Sasso Marconi BO Tel.: (+39) Fax.: (+39)

2 ARCOTRONICS NISSEI GROUP
Profilo del Gruppo Azienda Multinazionale Fondata negli anni 60 da Olivetti e Rockefeller Situata a Sasso Marconi - Bologna Attività principali: Produzione di condensatori, macchinari per la produzione di condensatori e batterie. Fatturato del gruppo: 236 milioni di Euro Personale: 2500 ARCOTRONICS ITALIA SpA - Via San Lorenzo, Sasso Marconi BO Tel.: (+39) Fax.: (+39)

3 ARCOTRONICS NISSEI GROUP
Arcotronics nel mondo ARCOTRONICS ITALIA SpA - Via San Lorenzo, Sasso Marconi BO Tel.: (+39) Fax.: (+39)

4 ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl – www.arcotronicsfuelcells.com
Profilo dell’azienda Società a responsabilità limitata Fondata nel 2000 sotto il nome di ROEN EST. Nel 2003 è stata incorporata nel Gruppo ARCOTRONICS NISSEI Sede legale ed operativa: Sasso Marconi - Bologna Attività: Produzione di stack e sistemi basati su celle ad elettrolita polimerico (PEFC) ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl –

5 ARCOTRONICS FUEL CELLS
Perché l’idrogeno? Vettore energetico Riduzione inquinamento locale Riduzione inquinamento globale Utilizzo molto efficiente nelle FC ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl –

6 ARCOTRONICS FUEL CELLS
H + CARICO Catodo Anodo Elettrolita Canale dell’ossidante Canale del combustibile catalizzatori O2 H2 H2O H2 => 2H+ + 2e- 1/2 O2 + 2H+ + 2e- => H2O H2 + 1/2 O2 => H2O ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl –

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CARICO Catodo Anodo Elettrolita e- O2 H2 H2O O = SOFC °C CO2 CO3= MCFC 650°C H + PAFC PEM 200°C 70-120°C DMFC CH3OH H+ ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl –

8 ARCOTRONICS FUEL CELLS
Perché le fuel cells nei veicoli? Efficienza molto elevata con H2 Efficienza elevata anche ai carichi parziali Basse emissioni gassose ed acustiche (CO2 , CO, NOx, benzene, polveri fini) Flessibilità nella scelta del combustibile primario Alte potenzialità di sviluppo in termini di affidabilità e durata Motore CI Fuel Cells 45 % FC vs. 15% Motori CI Sfide Abbattimento dei costi Stoccaggio del combustibile Durata della pila Integrazione automotive Rete di distribuzione e manutenzione ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl –

9 ARCOTRONICS FUEL CELLS
Perché le PEFC? Nessun problema di start up se si utilizzo H2 Elevata densità di potenza Tutti i componenti allo stato solido Elevati margini di riduzione dei costi Materiali Manufacturing Vite operative dello stack già compatibili con impieghi automotive ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl –

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Perché MEGA®? Punti critici per la produzione in larga scala di stack PEFC: Problemi di contatto e tenuta tra il MEA ed i piatti bipolari I problemi di tenuta aumentano con l’aumentare del numero di celle dello stack Le guarnizioni tradizionali implicano uno spreco di MEA Ogni singola cella necessita il posizionamento di tre distinti elementi (il MEA e le 2 guarnizioni) durante l’assemblaggio dello stack Necessità di introdurre processi a basso costo La produzione industriale necessita controllo di qualità per garantire standard e prestazioni O & M richiedono la capacità di disassemblare lo stack salvaguardando l’integrità del MEA e le prestazioni delle celle ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl –

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La tecnologia brevettata MEGA® All’interno di un progetto di collaborazione con la divisione ENEA IDROCOMB, è stata sviluppata una tecnologia PEFC capace di operare con eccellenti prestazioni, a pressione atmosferica e bassi carichi di platino agli elettrodi. Il brevetto registrato sotto il nome di MEGA® (membrane electrode gasket assembly), individua una tecnologia capace di permettere elevata qualità del prodotto e basi costi di produzione. Principali referenze dei test di caratterizzazione del MEGA®: A. Pozio et alii, Journal of Power Sources vol. 112 p. 491 – 496 (2002) A. Pozio et alii, Journal of New Materials for Electrochemical Systems 6, (2003) ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl –

12 MEGA® ARCOTRONICS FUEL CELLS Membrane Electrode Gasket Assembly
LA tecnologia brevettata MEGA® MEGA® Membrane Electrode Gasket Assembly ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl –

13 Tradizionale MEGA® ARCOTRONICS FUEL CELLS composta da 3 elementi
LA tecnologia brevettata MEGA® Tradizionale composta da 3 elementi 1 MEA 2 guarnizioni MEGA® 1 solo elemento ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl –

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Tenute nel MEA : approccio tradizionale Caratteristiche 2 guarnizioni per ogni MEA Le guarnizioni non sono in contatto con le superfici porose degli elettrodi La membrana sporge la superficie degli elettrodi Difetti Difficoltà di allineamento nel montaggio Spreco di membrana Difficoltà di riutilizzo Piatti bipolari guarnizioni Membrana GDL Prima della compressione Dopo la compressione ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl –

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Tenute nel MEA : l’approccio del MEGA® Caratteristiche Il MEGA® è realizzato inserendo la MEA in un gasket fuso La superficie della membrana ≈ MEA Vantaggi 1 solo elemento contro 3 Nessun spreco di membrana Possibilità di riutilizzo Semplicità controllo qualità Piatti bipolari MEGA® Membrana GDL LA tecnologia MEGA® offre vantaggi durante le fasi di produzione, assemblaggio e funzionamento ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl –

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Produzione del MEGA® Il MEA è inserito in uno stampo di alluminio riscaldato (60°C) e corredato di fori per l’iniezione della miscela al silicone. Sistema di stampaggio per iniezione La miscela,iniettata mediante un dispositivo in pressione sui bordi del MEA, solidifica in pochi secondi. ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl –

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Assemblaggio dello stack Testate Guarnizioni Piatti bipolari M.E.G.A La tecnologia MEGA® semplifica la centratura e riduce i tempi di assemblaggio ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl –

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Vantaggi del MEGA® RIDUZIONE DEI COSTI grazie ad un uso ottimale della membrana MANUFACTURING riduzione del tempo di assemblaggio e semplificazione della procedura Semplicità nel CONTROLLO QUALITA’ e STOCCAGGIO OPERATION semplicità nella sostituzione di eventuali celle malfunzionanti MANUTENZIONE I MEGA® possono essere riutilizzati più volte senza perdita di prestazioni ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl –

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50 cells, 5 kW – prestazioni di stack 0,7 500 mA/cm2 Anode : H2 Dead P anode = 1,7 bara Cathode : 4 , P cathode = 1 bara Tcell=65°C, Nafion 112 Membrane – Electrode Active Area 278 cm2 ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl –

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Test di durata per le tenute del MEGA® Tcell=70°C, Tanode=80°C, Tcathode=65°C - O2/H2 200 scc/min/, p(O2 and H2) = 1.2 abs bar, Current Density 140 mA/cm2 Nafion 115 Membrane - Electrode Area 106 cm2 ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl –

21 ARCOTRONICS FUEL CELLS
Lo sviluppo degli stack 2000 2001 2002 2004 ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl –

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Il mercato Il mercato delle FC è attualmente diviso in 3 segmenti principali: Veicolare (APU, trazione) CHP stazionario Applicazioni portabili. Ci sono inoltre alcune interessanti nicchie di mercato, come generatori super silenziosi, generatori nautici, etc. Penta H2 Electrum OEM Electrum 5 kW stack ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl –

23 ARCOTRONICS FUEL CELLS
PROGETTI IN PROGRESS ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl –

24 ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl – www.arcotronicsfuelcells.com
Progetto ecomobility ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl –

25 ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl – www.arcotronicsfuelcells.com
Progetto ecomobility Il veicolo è un basato sul modello IVECO DAILY da 65 Q.li, già omologato e in produzione in versione elettrica. Nella versione ad idrogeno, il veicolo è equipaggiato con uno stack di celle a combustibile (Fuel Cell), che produce sufficiente energia da raddoppiare la percorrenza del veicolo puramente elettrico. L’idrogeno viene stoccato a bordo in forma di gas compresso all’interno di appositi recipienti in materiali compositi. L’allestimento elettrico è situato all’interno del telaio del veicolo, mentre l’allestimento per l’idrogeno è posto nel vano motore. Questa soluzione permette di mantenere libera la zona al di sopra dei longheroni ed equipaggiare il veicolo con tutti gli allestimenti previsti per la normale versione endotermica, senza alcuna limitazione. Anche la distribuzione dei pesi è stata ottimizzata, in modo da avere il veicolo perfettamente bilanciato. Il Veicolo ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl –

26 Battery Management System
ARCOTRONICS FUEL CELL Progetto ecomobility Il Veicolo Motore elettrico Elettronica di potenza Batterie Gearmotor Fuel Cell Interface Stack Fuel Cell + Auxiliaries Interfaccia utente 2°serbatoio H2 (optional) Linea di comunicazione 1°serbatoio H2 B.M.S. Battery Management System

27 ARCOTRONICS FUEL CELL Il veicolo Progetto ecomobility
Prestazioni del veicolo (Elettrico vs. Fuel Cell) Daily 65 elettrico Daily 65 H2 Velocità massima 70 km/h Massima pendenza 25 % Autonomia 70 to 120 km 150 to 250 km Peso 6500 kg Capacità di carico Up to 3910 kg Up to 3600 kg Capacità batterie 34 to 64 kWh 34 to 42 kWh Disponibilità di ridotte Yes Potenza massima 60 kW ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl –

28 ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl – www.arcotronicsfuelcells.com
Progetto ecomobility Lo stack Caratteristiche dello stack Costruttore ARCOTRONICS Fuel Cells Tipo P.E.M. (Polymer Electrolyte Membrane) Potenza nominale 5 kW Numero di celle 100 V0 100 V Vnominal 72 V Inominal 70 A Consumo H2 0.83 Nm3/kWh Temperatura operativa 70 °C Dimensioni (mm) 250x250x550 ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl –

29 I partners del progetto
ARCOTRONICS FUEL CELL Progetto ecomobility I partners del progetto Specifiche e Design del veicolo Fornitura del veicolo Integrazione on-board dei sottosistemi Realizzazione ed ottimizzazione del sistema a FC Sistema di gestione dello stack Sistema di stoccaggio e distribuzione dell’H2 Test del sistema basato su FC Test del sistema di stoccaggio Test del veicolo ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl –

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15 kWe APU Navale, Celco-Yacht Caratteristiche principali del sistema Combustibile primario benzina Potenza nominale 15 kw Efficienza netta > 30% Possibilità di recupero del calore 12 kW ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl –

31 ARCOTRONICS FUEL CELLS
4 kWe, Micro CHP Caratteristiche principali del sistema Combustibile primario Gas naturale Potenza elettrica 1-4 kw Potenza termica 4-24 kW Efficienza elettrica netta > 30 % Efficienza totale > 80 % ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl –

32 ARCOTRONICS FUEL CELLS
Obiettivi di medio periodo Sviluppo sistemi automotive OEM Arcotronis: Stack automotive Supercapacitors, batterie al litio Elettronica di potenza Controllo Test sul campo di prodotti pre-commerciali: Generatore da 1kWe alimentato a GPL (veicoli ricreazionali) Penta 5kW ad H2 4 kW CHP a GN 5 kW stack automotive ad H2 15 kW APU per applicazioni navali 1 kW per applicazioni aerospaziali ARCOTRONICS FUEL CELLS Srl –

33 GRAZIE ARCOTRONICS FUEL CELLS www.fuelcells.arcotronics.com
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