Elettrodeposizione di catalizzatori a base di idrossidi di nichel ferro per la reazione di evoluzione di ossigeno in elettrolizzatori a membrana a scambio anionico

Mitigating the impact of climate change is one of the most urgent global challenges, which sees numerous countries committed to achieving the sustainable development and decarbonisation goals. To achieve these goals, the use of green hydrogen, obtained through the electrolysis of water, represents a fundamental solution to address the challenge of decarbonisation. As a result, in recent years there has been a growing interest in the production of hydrogen through the process of electrolysis of water. In this context, the present research focuses on the synthesis by electrodeposition of catalysts based on Nickel-Iron hydroxides (NiFe LDH) to improve the kinetics of the oxygen evolution reaction, in anion exchange membrane electrolysers (AEM). The main objective is the optimization of the synthesis through electrodeposition, in order to obtain a controlled deposition of catalyst, through a reproducible and scalable process from an industrial perspective. To do this, two deposition techniques and the effect of different parameters, such as the type of precursors and deposition time, were analyzed. The physicochemical characterization of the samples was conducted via XPS, XRD, SEM and Raman analyses, while the electrochemical activity was evaluated in a 3-electrode cell and using a small-sized single-cell stack.

Mitigare l’impatto del cambiamento climatico è una delle sfide globali più urgenti, che vede numerosi paesi impegnati a raggiungere gli obiettivi di sviluppo sostenibile e decarbonizzazione. Per conseguire tali traguardi, l'uso dell'idrogeno verde, ottenuto tramite l'elettrolisi dell'acqua, rappresenta una soluzione fondamentale per affrontare la sfida della decarbonizzazione. Di conseguenza, negli ultimi anni si è osservato un crescente interesse nella produzione di idrogeno attraverso il processo di elettrolisi dell’acqua. In questo contesto, la presente ricerca si concentra sulla sintesi di catalizzatori a base di idrossidi di Nichel-Ferro (NiFe LDH) tramite il processo di elettrodeposizione. Questi catalizzatori hanno lo scopo di migliorare la cinetica della reazione di evoluzione di ossigeno, e negli ultimi anni sono stati utilizzati con successo in elettrolizzatori che utilizzano membrane a scambio anionico (AEM). L’obiettivo principale del lavoro di tesi consiste nell’ottimizzazione della sintesi tramite elettrodeposizione, in modo da ottenere un deposito controllato di catalizzatore, tramite un processo riproducibile e scalabile in ottica industriale. Per farlo sono state analizzate due tecniche distinte di deposizione, valutando l’effetto di diversi parametri, come ad esempio il tipo e la concentrazione di reagenti utilizzati all’interno del bagno di deposizione e il tempo di deposizione. La caratterizzazione chimico-fisica dei campioni è stata condotta tramite diffrazione a raggi X, microscopia elettronica a scansione, spettroscopia fotoelettronica a raggi X e spettroscopia Raman. Le performance catalitiche dei campioni inoltre sono state valutate a seguito della caratterizzazione elettrochimica, svolta utilizzando tecniche di voltammetrie cicliche, voltammetrie lineari con elettrodo a disco anello rotante, prove di capacitanza specifica e rampe di corrente effettuate utilizzando un elettrolizzatore a singola cella di dimensioni ridotte. La caratterizzazione dei campioni sintetizzati è servita per confrontare i due metodi di elettrodeposizione sviluppati con il metodo di sintesi e deposizione del catalizzatore anodico di riferimento.