MES Fuel Cell Le vie dell`idrogeno 14 Giugno 2011

Fuel Cells
Technology
s.a. Stabio, Switzerland
Ing. Gianmario Picciotti R&D Fuel Cells
14 Giugno 2011
HISTORICAL BACKGROUND
Nel 2002 MES-DEA ( azienda appartenente a CEBI international ) decise di creare al
proprio interno il laboratorio Fuel Cells, analizzando le tecnologie piu’ promettenti del
momento.
Nel Maggio 2002 MES-DEA concluse l’accordo con NOVARS con l’intento di
sviluppare la propria tecnologia PEM sulla base dei concetti del laboratorio tedesco.
Coniugando l’esperienza di NOVARS e la forza industriale di CEBI, MES-DEA fu in
grado dapprima di realizzare prototipi per applicazioni demo, e nei successivi 3-4 anni di
costruirsi il proprio completo know how nel campo della tecnologia PEM a bassa T.
Per poter soddisfare alle nuove richieste si è sviluppata, a partire dal 2006, una nuova
cella piu’ piccola con 31 cm2 di area attiva ( 63 cm2 per la cella standard).
All’inizio del 2010 MES, una delle aziende cardine di CEBI, decise di assorbire
all’interno della propria struttura il laboratorio Fuel Cells dell’ex MES-DEA.
14 Giugno 2011
MES SA, fondata nel 1976, è situata a Stabio, in Canton Ticino, nell’estremo sud della Svizzera. Quale uno
dei massimi leader nella ricerca, sviluppo e produzione di componenti elettrici per l’automotive, per
l’elettrodomestico, nonchè per la ventilazione, dispone di una rete vendite presente in tutto il mondo.
MES SA è parte di un Team di 14 aziende che operano per
sviluppare, progettare, produrre e commercializzare
componenti per l’industria automotive e dell’elettrodomestico.
S TA B IO
Household
Appliances
-
S W IT Z E R L A N D
TORINO
I TA LY
L U X E M B O U R G
LO D I
ITALY
nuova
C U N E O - I T A L Y
PORDENONE -
I T A LY
POLAND
P OLA ND
N AVA RRA
-
ES PANA
T O R I N O
SOG
. E.MI
Automotive
A N C O N A
-
I T A L Y
BRASIL
BRASIL
Industry
14 Giugno 2011
-
I T A L Y
MES FUEL CELL SYSTEM
Ventilatore aria
reagente
PEMFC
Polarisation Curve Fuel Cell Stack DEA 1.5-A60-36 (60 cell stack)
40
1
0.9
0.8
0.6
0.5
20
0.4
Voltage
0.3
Power
ECU
10
Hydrogen: 0.4-0.5 bar overpressure / dead end
Air: near ambient pressure /stoic 2.5 - 4.5
No humidification of the gases
Cell temperature: max. 60 - 63 °C
2
Active area: 61 cm
0.2
0.1
0
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
Current Density [A/cm2]
Comparto ausiliari
H2
A v e ra g e S in g le F u e l C e ll P o w e r [ W ]
A v e r a g e S in g le C e ll V o lta g e [V ]
30
0.7
Ventilatore di
raffreddamento
14 Giugno 2011
1
1.2
1.4
Total Stack values without auxilaries
APPLICAZIONI
PROGETTI
COLLABORAZIONI
SFIDE
TESTS
14 Giugno 2011
APPLICAZIONI
Veicolo
Scooter ( 2-3 kW ), e-bike (0.25kW),
APU o range extender per veicoli ibridi
batteria/FC
Portatile
Generatore d’emergenza, carica-batteria
per veicoli ricreazionali (0.25 / 0.5 / 1 kW)
Applicazioni speciali
Carica-batteria in telecom off grid (1 kW)
Alimentazione sensori per geofisica ( 100 W )
lampioni a led, UAV ( 250 W )
Applicazioni stazionaria
( settore telecom )
UPS ( 1 kW)
14 Giugno 2011
VEICOLI LEGGERI
Potenza: da 0.25 kW a 3 kW
Fuel Cell: PEMFC
Autonomia: > 100 km
Stoccaggio H2 : H2 compresso / idruri
metallici; lungo termine: NaBH4
Outlook: realizzazione di flotte pilota
con due diverse aziende italiane
14 Giugno 2011
PORTATILE
Potenza: 0.5-3 kW
Fuel Cell: PEMFC
Autonomia: dipende dall’utilizzo (
carica-batteria, generatore d’emergenza,
APU o range extender )
Outlook: joint development agreement
con ACTA Energy per la realizzazione di
un generatore per veicoli ricreazionali
14 Giugno 2011
TELECOM
Potenza: 1kW
Fuel Cell: PEMFC
Durata di esercizio: 1-2 h / day
Stoccaggio H2: H2 compresso
Outlook: concrete possibilità di un reale
mercato
14 Giugno 2011
REMOTE SENSORING
• Università di Bologna
• Università di Padova
Potenza: 100W
Fuel Cell: PEMFC
durata di esercizio: 0.3h/day
Stoccaggio H2 : H2 compresso
Outlook: possibilità di un mercato di
nicchia
14 Giugno 2011
Lampioni a LED
Potenza: 100-250W
Fuel Cell: PEMFC
Durata di esercizio: in funzioni delle
condizioni metereologiche.
Stoccaggio H2: H2 compresso
Outlook: realizzazione di un primo
prototipo
14 Giugno 2011
VELIVOLI
Potenza: da 250W a 6 kW
Fuel Cell: PEMFC
Autonomia: da 10-20 min up to 1 h
Stoccaggio H2: H2 compresso CHG
3/4
Outlook: ULM ( H2 flying tour
project ), UAV ( Aerospace Dep.
Politecnico di Torino).
14 Giugno 2011
SORGENTI DI H2
Le due soluzioni sulle quali stiamo lavorando:
1° Solutione: MICRO ELETTROLIZZATORE
•Compattezza ( 50 x 45 x 25 cm )
•Costo ( 2.5 k€ per 100 lt/h )
•H2 compresso (15-30 bar ) adatto
allo stoccaggio in idruri metallici
2° Solution: SODIUM BOROHYDRIDE
NaBH4
•Ridotte dimensioni
•Elevata densità energeticA ( circa 7kWh / kg )
•Sicurezza
• Adatto all’applicazione portatile
14 Giugno 2011
PROGETTI NAZIONALI
Progetto goPEMCH
•Target: miglioramenti/ottimizzazioni della performance di stack e sistema
FC grazie ad innovativi strumenti d’indagine e di diagnostica
• Finanziamento: BFE
•Main research partner: Paul Scherrer Institut
•Durata: 3 years ( attivo dal 2008 )
Progetto BiPCaNP
• Target: ottimizzazione del compound grafite/polimero per BPP
• Finanziamento: KTI
• Main research partner: SUPSI - ICIMSI
• Durata: 3 years ( attivo dal 2009 )
14 Giugno 2011
JTI Projects ( 7thFP )
Partecipazione al progetto europeo “MobyPost” ( kick off meeting Marzo 2011)
quali realizzatori del power train ibrido batteria/FC dedicato alla flotta di speciali
veicoli a tre ruote per la Poste francese.
In fase di negotiation per il progetto europeo “FC Powered RBS” ( presentazione
proposal Ottobre 2010 ). Primo step superato ( punteggio: 12.5 ). MES dovrà
sviluppare l’adatto sistema FC/elettrolizzatore per l’alimentazione di antenne off
grid.
Dal 2012 MES sarà membro del JTI - IG
14 Giugno 2011
Applicazione di strategie di ricerca volte a
valutare i fenomeni transitori in situ, studio
dei relativi aging del pacchetto
elettrochimico e ricerca delle eventuali
strategie di mitigation.
14 Giugno 2011
Approccio con segmented micro flow field
per le misure con risoluzione submillimetrica delle densità di corrente locali .
14 Giugno 2011
Distribuzione della densità di corrente e radiografia a neutroni valutate nella singola
cella di MES alimentata con idrogeno secco ed aria umida RH = 80%.
14 Giugno 2011
COMPONENTI FC DI MES
14 Giugno 2011
Target di progetto
• Resistività elettrica through plane: < 10 mΩ·cm ( attuale 40 mΩ·cm )
• Resistività elettrica in plane: < 5 mΩ·cm ( attuale 6.4 mΩ·cm )
• Rapporto di anisotropia della resistività elettrica: 2 ÷ 3 ( attuale circa 6 )
• Conducibilità termica: > 60 W/m·K ( attuale 52 W/m·K )
• Resistenza a flessione: ≥ 55 MPa ( attuale 55 MPa )
• Ottimizzazione del processo produttivo con compression moulding
14 Giugno 2011
Collaborazioni scientifiche
Collaborazione con il Dip. Aerospaziale del Politecnico di Torino per
studiare i seguenti aspetti:
•comportamento della FC MES alle elevate altitudini
• applicazione della FC su UAV
Collaborazione con il Dip. ambiente dell’Università ALMA
MATER STUDIORUM di Bologna per lo studio di integrazione della FC
nel sistema di alimentazione di sensori per misurazioni geofisiche.
Collaborazione con il Dip. di elettronica del Politecnico di Milano per
l’integrazione della FC su di uno scooter ibrido.
14 Giugno 2011
Hydrogen flying tour
project
Nel 2007 l’azienda francese HELITE ( air bag
speciali ) decise di intraprendere il progetto
“Flying tour” al fine di celebrare la prima
trasvolata della Manica fatta da Bleriot il 25
Luglio 1909.
Nell’Agosto 2009 l’impresa fu realizzata con
successo grazie alla propulsione fornita da 4
sistemi FC di MES da 1.5 kW l’uno: il primo volo
alimentato dal solo idrogeno, con uomo a bordo.
Nel Novembre 2010 volo in occasione del United
Nations Climate Change Conference a Cancun,
Messico. Trasvolata dall’isola di Cozumel a
Cancun
14 Giugno 2011
Politech’ Nantes 2011 Record: 590 Km/kWh
-Nell’edizione SEM 2010 l’Ecole
Polytechnique de Nantes batte il
record assoluto ottenuto nel 2005
dal ETH di Zurigo ( 3’836 km/l )
utilizzando la tecnologia FC di MES..
- Nell’ultima edizione della SEM la
stessa università francese supera se
stessa raggiungendo il nuovo
record assoluto nel settore prototipi
pari a 590 km/kWh (circa 5’133 km/l).
http://www.polyjoule.org/
14 Giugno 2011
TEST
- RH Test ( stabilità a lungo termine della potenza erogata )
- Auto-reconditioning Test (start-up dopo lungo periodo di fermo )
- Ulteriore ottimizzazione della configurazione geometrica dei flow field
- Modifica canali di raffreddamento cella piccola
- Test di nuovi materiali ( MEA e BPP )
- Ulteriori test di durata ( 2’500h -> 5’000h)
- Ulteriori Start & Stop Test (3000 cycles -> 5000 cycles )
- Perfezionamento della procedura di cold start up
- Studio del comportamento FC con H2 da reforming
14 Giugno 2011
Grazie dell’attenzione
14 Giugno 2011