Sviluppo di elettrodi per batterie di dissalazione elettrochimica

Abstract

Nel corso di questo lavoro di Tesi, sono stati sviluppati e studiati diversi elettrodi per celle di dissalazione elettrochimica, pertanto ottimizzati per la cattura di ioni Na+ e Cl- da soluzioni acquose mediante formazione di composti stabili o processi di intercalazione. La ricerca effettuata si è concentrata principalmente sullo sviluppo di catodi, ovvero gli elettrodi destinati alla rimozione del sodio, in quanto ad oggi sono riconosciuti come i componenti che richiedono maggior miglioramento, sia dal punto di vista della capacità specifica, sia la resistenza alla degradazione. Tali elettrodi sono stati preparati ed applicati in celle di dissalazione complete dove come anodo è stato utilizzato l’argento, elettrodo che riesce ad immagazzinare reversibilmente ioni Cl- mediante formazione di AgCl. La procedura ha previsto per prima cosa una ricerca di specie adatte all’intercalazione di ioni Na+ destinati alla realizzazione del catodo, scelta ricaduta su MnO2, NaBiO3, Na2Mn5O10 e NaTi2(PO4)3. Il lavoro è stato suddiviso in due parti: la prima parte consistite nello studio preliminare degli elettrodi in sistemi di dimensioni ridotte, tramite supporti serigrafati (SPE), atti a caratterizzare in tempi rapidi i materiali applicati dal punto di vista del funzionamento, quindi le proprietà elettrochimiche, la reversibilità delle reazioni e la compatibilità tra anodo e catodi sviluppati. La seconda parte del lavoro ha previsto la realizzazione di una cella realizzata tramite stampa 3D, con la quale è stato possibile verificare gli studi preliminari sugli elettrodi studiati nella prima parte, effettuare un primo scaling-up del sistema valutandone l’effetto sulle prestazioni e verificarne il potere di dissalazione.

During this thesis work, different electrodes for electrochemical desalination cells have been developed and studied, therefore optimized for the capture of Na + and Cl- ions from aqueous solutions by forming stable compounds or intercalation processes. The research carried out has mainly focused on the development of cathodes, i.e. electrodes intended for sodium removal, as today they are recognized as the components that require the greatest improvement, both from the point of view of specific capacity and resistance to degradation. These electrodes were prepared and applied in complete desalination cells where silver was used as the anode, an electrode that is able to reversibly store Cl- ions through the formation of AgCl. The procedure first of all involved a search for species suitable for the intercalation of Na + ions intended for the creation of the cathode, a choice that fell on MnO2, NaBiO3, Na2Mn5O10 and NaTi2 (PO4) 3. The work was divided into two parts: the first part consisted in the preliminary study of the electrodes in systems of reduced dimensions, using silk-screened supports (SPE), able to quickly characterize the materials applied from the point of view of operation, therefore the properties electrochemicals, the reversibility of reactions and the compatibility between the developed anode and cathodes. The second part of the work involved the construction of a cell made using 3D printing, with which it was possible to verify the preliminary studies on the electrodes studied in the first part, to carry out a first scaling-up of the system, evaluating the effect on performance and verifying it. the power of desalination.