GISEL (Centro di Riferimento Nazionale per i Sistemi di Accumulo Elettrochimico di Energia)

La dotazione strumentale del GISEL

Tutte le Unità di Ricerca a carattere sperimentale dispongono delle attrezzature e della strumentazione standard per l’assemblaggio e i test elettrochimici di semi-celle e celle complete a due e tre elettrodi (glove-box a elevate prestazioni, potenziostati/galvanostati, ciclatori multicanale per batterie anche con booster). Queste attrezzature e strumentazioni di carattere generale non verranno quindi dettagliate, tranne che in caso di sistemi con caratteristiche particolari.

Nel seguito, le principali attrezzature e strumentazioni disponibili verranno raggruppate per categoria evidenziandone le caratteristiche più significative e indicando l’UdR di riferimento.

1) ATTREZZATURE PER LA SINTESI DEI MATERIALI E LA FABBRICAZIONE DI DISPOSITIVI

  • Camere ambientali da -40°C a 180°C in atmosfera controllata (Milano Bicocca, Camerino, Politecnico di Torino, Chieti-Pescara).
  • Dry-room da 10 m2 per fabbricazione di celle prismatiche (Politecnico di Torino)
  • Estrusore bivite corotante 11 mm (Thermo Haake) con 8 zone a temperatura controllabile, e due ingressi con alimentazione volumetrica. Consente di combinare polimeri termoplastici e additivi micro o nanometrici, ottenendo batch per successivo utilizzo. La portata totale è tra 1 e 2 Kg/h a seconda del polimero utilizzato (Milano Bicocca)
  • Evaporatore a fascio elettronico con wire bonder semiautomatico completo di stage riscaldato e microscopio (Milano Bicocca)
  • Forni a varie temperature (anche in atmosfera controllata e sottovuoto) per sintesi a stato solido di materiali ceramici (Milano Bicocca, Pavia, Padova, Politecnico di Torino, Bologna)
  • Linee dedicate per la fabbricazione di coin cell e pouch cell (Padova)
  • Piattaforma a microonde multifunzione per sintesi chimica (Politecnico di Torino, Bologna, Pavia)
  • Sistemi per elettrospinning (Chieti-Pescara, Pavia)
  • Sistema CAD/CAM (Padova)
  • Sistema per la deposizione di sospensioni a base liquida seguendo un disegno prestabilito bidimensionale mediante un sistema a controllo numerico pilotato da un calcolatore . Il sistema, pensato per applicazioni industriali, dispone di una telecamera per seguire il processo di deposizione e di un piano a vuoto riscaldato (Padova)
  • Sistemi per spin-coating (Pavia, Padova)
  • Sistemi di deposizione a plasma (DC e RF sputtering) (Padova, Pavia)
  • Sistemi UV con fibra ottica per foto-polimerizzazione (Politecnico di Torino)
  • Stampanti 3D a filo per materiali polimerici, ceramici, compositi, polveri e sospensioni colloidali (Bicocca, Pavia)
  • Mulini planetari Fritsch e Retsch con giare di vario materiale (Milano Bicocca, Padova, Pavia, Bologna, Chieti-Pescara)

2) STRUMENTAZIONE PER LA CARATTERIZZAZIONE DI PROPRIETÀ MACROSCOPICHE (CALORI DI REAZIONE, PESO, DENSITÀ, MODULI MECCANICI, VISCOSITÀ, AREA SUPERFICIALE, CONDUCIBILITÀ, ECC.)

  • Analizzatore dinamico-meccanico DMA 25 Acoem/Metravib (Calabria)
  • Analizzatore dinamico-meccanico TA Instruments tra -150 e 600°C, equipaggiato con diversi accessori, tra cui il “Dual/Single Cantilever” (per lo studio di materiali termoplastici), la “clamp a compressione” (per materiali con modulo elastico da basso a moderato) e la “clamp a tensione” (per fibre e film) (Padova)
  • Analizzatore di particelle Dynamic Light Scattering (Bologna)
  • Analizzatori di area superficiale mediante isoterma di adsorbimento di N2 (BET) (Padova, Pavia, Roma)
  • Apparato per la misurazione dell'effetto Hall operante tra 20 e 350 K (Milano Bicocca)
  • Calorimetria differenziale a scansione (DSC) anche modulata fino a 700°C (TA Instruments, Mettler Toledo) (Pavia, Padova, Milano Bicocca)
  • Calorimetro Micro-DSC Setaram (Calabria)
  • Linee di spettroscopia elettrica a banda larga (Broadband Electrical Spectroscopy – BES). Sono disponibili vari strumenti ed accessori che consentono di determinare le proprietà elettriche (es. permettività, conducibilità, etc.) di materiali solidi e liquidi. La strumentazione disponibile consente di determinare tali proprietà elettriche in funzione di frequenza (da 10-4 a 20 GHz), temperatura (da -140 a 220°C), pressione di gas (da 0 a 150 bar) ed umidità relativa (da 0 a 99%) (Padova).
  • Linee di spettroscopia elettrochimica di impedenza (Electrochemical Impedance Spectroscopy – EIS). Intervallo tipico di frequenza tra 10-2 Hz e 107 Hz. Ditte fornitrici: Schlumberger, Biologic, Ecochemie, etc. (Milano Bicocca, Padova, Pavia, Politecnico di Torino, Bologna, Camerino, Roma, Calabria).
  • Picnometro (Padova)
  • Porosimetro con kit per micropori (Bologna)
  • Profilometro meccanico Tencor (Pavia)
  • Reometro Anton Paar con geometrie a piatti paralleli e cilindri concentrici, controllo di temperatura ad acqua, motore elettrico contactless ad aria compressa (Milano Bicocca)
  • Reometro Shear-strain controlled (Rheometer RFS-III) e reometro Shear-stress controlled DSR5000 (Rheometrics Scientific) (Calabria)
  • TGA in alta risoluzione Ta Instruments (Padova, Pavia, Bologna, Politecnico di Torino)
  • TGA/DSC Mettler Toledo accoppiato con analizzatore di massa MS Thermostar (Milano Bicocca)
  • TG/FTIR (Milano Bicocca)

3) STRUMENTAZIONE PER LA CARATTERIZZAZIONE DI PROPRIETÀ STRUTTURALI E MICROSTRUTTURALI (DIFFRAZIONE, MICROSCOPIA, SPETTROSCOPIA) E DI COMPOSIZIONE CHIMICA

  • Analizzatore Elementare CHNS-O (Milano Bicocca, Padova)
  • Diffrattometri a raggi X per polveri e/o film sottili, anche in atmosfera controllata, in situ e con sistemi di riscaldamento del campione fino a 1000°C (Milano Bicocca, Bologna, Padova, Pavia, Roma, Reggio Calabria)
  • Diffrazione e fluorescenza di raggi X (sorgente Mo + rivelatore position sensitive) per analisi strutturale e chimica di materiali (Calabria)
  • Microscopi AFM (Pavia, Reggio Calabria)
  • Microscopio FESEM ZEISS SIGMA 300 con colonna Gemini, risoluzione max di 1.2 nm @ 15.0 kV. Rivelatore di elettroni secondari "in-lens" ad alta efficienza; rivelatore di elettroni secondari ETSE; rivelatore di elettroni retrodiffusi HDBSD a 4 settori indipendenti. Sistema di microanalisi con tecnologia SDD Bruker Quantax 200 con raffreddamento LN2-free, caratterizzato da una risoluzione di 129 eV @ 5.9 keV (Mn k-alpha) (Camerino).
  • Microscopi SEM e Hi-Res SEM con EDX (Milano Bicocca, Pavia)
  • Microscopi TEM con colonne fino a 200 kV (Milano Bicocca, Reggio Calabria)
  • Spettrometro ESR Bruker EMX con criostato Oxford e sistema da vuoto (Milano Bicocca)
  • Spettrometri FTIR e ATR-FTIR (Biorad FTS6000, Bruker Vertex 70v con riflessione speculare e MIR, Bruker Alpha) (Milano Bicocca, Padova, Roma)
  • Spettrometri micro-Raman confocali a alta e bassa potenza (Padova, Milano Bicocca, Roma, Reggio Calabria)
  • Spettrometro micro-Raman Horiba con doppia sorgente laser (532 nm/633 nm), doppio microscopio ottico Olympus, cella per caratterizzazioni elettrochimiche, cella per misure a temperatura variabile 80-600K (Camerino)
  • Spettrometro multifunctionale SPM NTEGRA, Raman confocale con SERS, SNOM, nanofluorescenza e capacità di STM (Scanning Tunneling Microscopy) (Reggio Calabria)
  • Spettrometro a stato solido multinucleare MAS-NMR 400 MHz Brukercon microimmagine funzionale (Milano Bicocca)
  • Spettrometro NMR 300 MHz Bruker con accessorio per diffusione (Calabria)
  • Rilassometro NMR 20 MHz Bruker Minispec mq20 con controllo di temperatura (tra -100 °C e 200 °C) a flusso di azoto. Lo strumento è anche dotato di unità gradiente la misura del coefficiente di diffusione delle molecole in un fluido, un gel o un solido poroso (Milano Bicocca)
  • Spettrometri NMR in alta risoluzione da 200 MHz e 500 MHz (Padova, Milano Bicocca)
  • Spettrometro XPS a basso vuoto (Near-Ambient Pressure X-ray Photoelectron Spectrometer, NAP-XPS). Questa strumentazione consente di studiare la composizione e lo stato chimico superficiale di campioni sia isolanti sia conduttori elettrici. È possibile lavorare fino a pressioni di 10–30 mbar per caratterizzare campioni liquidi o semi-solidi (Padova)
  • Spettroscopia di assorbimento atomico AA-6300 (Calabria)
  • Spettroscopia di emissione atomica al plasma accoppiato induttivamente (ICP-AES). Sono disponibili due strumentazioni ICP-AES che permettono di determinare la composizione di campioni previa loro mineralizzazione. È possibile determinare simultaneamente la concentrazione degli elementi anche se questi ultimi sono presenti in tracce (qualche ppb). Questi strumenti sono in grado di rilevare la presenza di quasi tutti gli elementi della tavola periodica, ad eccezione dei gas rari e di elementi molto leggeri quali H, C, N ed O (Padova)

4) METODOLOGIE COMPUTAZIONALI

  • Sono disponibili cluster locali di varia dimensione oltre all’accesso a centri di calcolo nazionali (es.: Cineca) (Napoli, Milano Bicocca, Pavia e Politecnico di Milano)

Il Coordinatore e le UdR coinvolte


Gli obiettivi del GISEL


Cosa può offrire il GISEL all'industria


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