Il presente documento riporta i risultati delle attività incrementali di ricerca per la realizzazione di un modulo a membrana planare per la separazione efficiente ad alta temperatura di O₂ da impiegare per la sua produzione in ambiti industriali. Studi di letteratura su tale tema dimostrano che è possibile raggiungere vantaggi energetici ed economici con l’integrazione della tecnologia a membrana in determinati processi produttivi.

Al tempo stesso, per applicazioni in contesti industriali, è indispensabile disporre di un modulo a membrana validato e di conseguenza, oltre alla necessità di individuare materiali innovativi per lo sviluppo di membrane stabili, è necessario garantire una tenuta fra modulo metallico e membrana ceramica, in grado di soddisfare i requisiti di stabilità richiesti nelle condizioni di esercizio.

I materiali innovativi individuati, alternativi all’LSCF (Lanthanum strontium cobalt ferrite) già ampiamente studiato in annualità precedenti, sono due compositi a doppia fase 70CGO-30LSCF e 70CGO-30STF82.

Il manufacturing per tape casting di membrane asimmetriche di 70CGO-30LSCF è stato ottimizzato, portando ad un netto miglioramento dell’omogeneità dello spessore e della difettosità dei nastri ottenuti. In parallelo, sono state ottenute in modo riproducibile membrane dense di 70CGO-30STF82 con adeguata microstruttura e tenuta gas.

Sono stati eseguiti ulteriori test di giunzione, utilizzando un materiale vetroceramico commerciale e uno sviluppato in laboratorio (GC2). Entrambi i vetroceramici hanno consentito di ottenere, per un’opportuna geometria delle giunzioni, sigillature a tenuta gas con una promettente stabilità a lungo termine a 800 °C.  In parallelo, sono stati effettuati studi di simulazione agli elementi finiti volti alla valutazione del campo di sforzi, sviluppati nel corso del raffreddamento delle giunzioni a temperatura ambiente.

Lo studio avviato nella precedente annualità, volto a realizzare la giunzione tra metallo e ceramica mediante processi di brasatura, è proseguito eseguendo test di brasatura utilizzando leghe brasanti a base oro e un apposito ciclo termico in forno in vuoto. Per provare ad ottimizzare la giunzione sono stati anche effettuati dei test di modifica della rugosità superficiale dei campioni ceramici.

Infine, nel corso delle ricerche è stata presa in considerazione anche la possibilità di sviluppare membrane tubolari. Sono stati condotti dei test di manufacturing di tali membrane presso l’IKTS del Fraunhofer mediante estrusione, che hanno portato alla realizzazione di membrane tubolari (Ø 10 mm) e capillari (Ø 3 mm) con diverse polveri LSCF e successiva caratterizzazione.