Sviluppiamo dispositivi di stoccaggio energetico sostenibili combinando elettrodi composti di materiali a base carbonio e non in varie tipologie di supercondensatori: condensatori a doppio strato elettrico (Electric Double Layer Capacitors, EDLC), condensatori ibridi e pseudo-condensatori. I dispositivi così realizzati vantano molteplici applicazioni, tra cui l’impiego in tessuti intelligenti e dispositivi impiantabili, anche ad applicazione medica. In questo caso, diventa fondamentale lo sviluppo di elettrodi ed elettroliti biocompatibili e biodegradabili tramite sintesi sia wet che dry. Lavoriamo anche sull'integrazione di supercondensatori con dispositivi di raccolta di energia per creare dispositivi portatili a ricarica autonoma per alimentare dispositivi indossabili o impiantabili.

Il nostro gruppo lavora nell’ambito della blue energy, dove un gradiente di salinità viene convertito in energia elettrica, usando nanomateriali per applicazioni di Capacitive Mixing (CapMIX) e membrane 2D per Elettrodialisi Inversa (RED). Lavoriamo anche su approcci innovativi per la purificazione dell'acqua e il recupero di materie prime. Spaziamo dalla sintesi di membrane all'ottimizzazione del sistema, tramite approcci multidisciplinari per migliorare l'efficienza e la sostenibilità del processo. Siamo attivamente impegnati sullo sviluppo di sistemi bioelettrochimici di tipo MFC (celle a combustibile microbiche) per il recupero di energia dalla materia organica presente nelle acque ambientali e industriali, per sviluppare processi di valorizzazione energetica di reflui e scarti. 

Lavoriamo sull’integrazione di dispositivi fotovoltaici e supercondensatori: l’obiettivo è quello di creare dispositivi integrati di raccolta e stoccaggio in grado di convertire e immagazzinare energia da qualsiasi fonte luminosa. In questo caso usiamo tecnologie fotovoltaiche di terza generazione, con una particolare attenzione per le celle a colorante (Dye Sensitized Solar Cells), o celle di Grätzel. Queste offrono un'alta efficienza in condizioni di luce diffusa e vengono prodotte tramite un processo di fabbricazione semplice e sostenibile. Stiamo anche portando avanti lo sviluppo di dispositivi fotovoltaici ottimizzati per applicazioni indoor, così che sia possibile raggiungere l’autonomia energetica anche in ambienti chiusi.

Il gruppo di ricerca MP4MNT è impegnato per promuovere un l’uso di H₂ verde attraverso la ricerca e lo sviluppo di metodi e tecniche per la sua produzione e il suo utilizzo, passando per l’immagazzinamento. Ciò include lo studio e lo sviluppo di sistemi per la produzione di idrogeno da rinnovabili, in particolare elettrolizzatori a bassa temperatura, cui affianchiamo progettazione, sviluppo e test di celle a combustibile a bassa temperatura. Grazie ad un approccio multidisciplinare, la nostra attività si concentra sullo sviluppo di processi tecnologici innovativi per sviluppare elettro-catalizzatori Pt-free, elettrodi conduttivi porosi, membrane a scambio ionico e nuovi design dei dispositivi. Un esempio significativo è la nostra ricerca su membrane a scambio ionico e leganti per catalizzatori fluorine free, giustificata dall'esigenza di ridurre l'impatto ambientale e migliorare la sostenibilità dei processi. La nostra capacità di produrre e utilizzare idrogeno verde con processi elettrochimici tradizionali è affiancata da una consolidata esperienza nei processi bio-elettrochimici che consentono la valorizzazione di materiale organico, reflui e scarti in energia elettrica e idrogeno. Lavoriamo attivamente anche sulle tecniche di immagazzinamento mediante assorbimento in matrici nanostrutturate o tecniche di assorbimento chimico.

Questa attività si concentra sulla cattura, separazione e valorizzazione della CO₂ proveniente da gas di combustione e da altri effluenti, come il biogas, con l'obiettivo di facilitare la transizione verso un futuro a zero emissioni di carbonio. La cattura e la separazione della CO₂ vengono realizzate utilizzando membrane polimeriche e ibride di nuova concezione, oppure sistemi di cattura su colonne con liquidi ionici funzionali. Il nostro gruppo di ricerca si dedica alla sintesi di nuovi polimeri da combinare con filler inorganici o liquidi ionici per la preparazione di membrane miste specifiche per la separazione della CO₂. Inoltre, sviluppiamo liquidi ionici sia per l’utilizzo in membrane sia per il loro impiego in sistemi di cattura separati. La valorizzazione della CO₂ viene realizzata tramite processi di riduzione elettrochimica (CO₂RR). In particolare, il gruppo si focalizza sulla sintesi di nuovi elettro-catalizzatori per migliorare sia la selettività che l'efficienza della CO₂RR. Questo implica la progettazione di catalizzatori con strutture superficiali, composizioni e siti attivi ottimizzati per la riduzione della CO₂. Dopo la sintesi, conduciamo una caratterizzazione approfondita di questi materiali per comprendere le loro proprietà strutturali, composizionali ed elettrochimiche, utilizzando misurazioni sia ex situ che operando. Impieghiamo inoltre simulazioni ab initio per integrare le indagini sperimentali.

Il nostro lavoro in questo ambito si concentra principalmente sull'elettronica di potenza, poiché questa svolge un ruolo cruciale nell'avanzamento dell'elettrificazione dei trasporti, nella produzione di energia elettrica e nella manifattura avanzata. I nostri sforzi mirano a guidare l'innovazione in vari settori attraverso la riduzione delle dimensioni, l'aumento della velocità, l'incremento dell'affidabilità e delle capacità di gestione dell'energia. Le applicazioni strategiche includono la fornitura di soluzioni di conversione energetica per i gruppi motopropulsori e i caricabatterie dei veicoli elettrici, l'ottimizzazione della produzione di energia e il recupero dalle fonti rinnovabili, e l'avanzamento delle macchine elettriche trifase e multiphase. Il nostro gruppo esplora il testing in loop chiuso dell'elettronica di potenza e dei controllori, tra gli altri argomenti, mediante la collaborazione multidisciplinare con altri dipartimenti.

Lo sviluppo di materiali sostenibili è cruciale per affrontare le sfide ambientali e climatiche globali. Il gruppo sviluppa nuovi materiali polimerici e compositi termoindurenti che hanno impiego nella realizzazione di film sottili (rivestimenti, adesivi, imballaggi), nell’elettrofilatura di membrane (filtri, dispositivi biomedici, sistemi di raffreddamento radiativo) e nella stampa 3D (stereolitografia, Liquid Deposition Modeling). Per la sostenibilità dei prodotti, le strutture chimiche sono progettate a partire da precursori biobased e/o riciclati e i filler sono di origine naturale e/o riciclati; i materiali ottenuti sono riciclabili perché sintetizzati con reazioni reversibili, i processi produttivi sono senza solventi e con iniziazione fotochimica, minimizzando il costo energetico.