Le politiche energetiche dell'UE indicano come strategia a lungo termine il raggiungimento della neutralità nelle emissioni di gas a effetto serra entro il 2050. La produzione di elettricità da fonti energetiche rinnovabili è allora un fattore chiave quando si parla di riscaldamento, trasporti e industria: si deve pertanto immaginare o l'uso diretto di elettricità o l’uso indiretto attraverso la produzione di e-combustibili mediante elettrolisi (es. e- idrogeno, metano)
Le tecnologie Power-to-X consentono di trasformare l'elettricità in gas sintetici (idrogeno, metano o altri gas) e liquidi. L'idrogeno prodotto con elettricità priva di carbonio, combinato con diossido di carbonio (CO2) proveniente da biomassa sostenibile o da Direct Air Capture può essere un'alternativa a zero emissioni di carbonio del gas naturale o dell'olio

In questo quadro attuale, l’attività del MErgELab, un laboratorio condiviso tra personale ICMATE e DICCA-UNIGE ed ospitato nei locali del DICCA-UNIGE, è focalizzata verso lo studio dei materiali funzionali cioè materiali ceramici a conduzione protonica, anionica, mista, e materiali cermet per celle a combustibile (SOFC), e celle elettrolitiche ad ossidi solidi (SOEC) per la produzione di energie elettrica da idrogeno e la conversione elettrochimica ad alta temperatura di vapore e diossido di carbonio in syngas.
In questo ambito viene svolta

• un’azione esplorativa per la ricerca di materiali alternativi allo stato dell’arte
• uno studio interpretativo delle relazioni esistenti tra caratteristiche funzionali, fenomeni di degrado e composizione-microstruttura in materiali già noti in letteratura
• uno studio approfondito dei meccanismi coinvolti nell'elettrolisi simultanea di CO₂ e H₂O

Lo scopo dell’attività è l’ottimizzazione delle performance dei dispositivi attraverso l’identificazione dei fenomeni ed il design di nuove architetture di cella.
Il processo di ottimizzazione spazia dalla sintesi e caratterizzazione di ossidi a conduzione ionica e mista passando attraverso la formulazione e la fabbricazione di elettroliti ed elettrodi mediante tecniche colloidali per la realizzazione di compositi (spruzzo, infiltrazione, impregnazione di strutture a porosità controllata) fino alla caratterizzazione dei materiali, delle loro interfacce e dei dispositivi nelle condizioni operative attraverso misure D.C. e di spettroscopia di impedenza.
La caratterizzazione elettrochimica dei materiali è condotta mediante set up commerciali e in test bench sviluppati in casa.
All’attività sperimentale si affianca l’interpretazione dei dati con la tecnica dei circuiti equivalenti e della distribuzione dei tempi di rilassamento. Un’intensa attività di modelling viene inoltre compiuta, in collaborazione con il DICI dell’Università di Pisa, per correlare la microstruttura degli elettrodi alle prestazioni delle SOFC/SOEC (ad esempio per lo studio della corrispondenza fra dimensioni delle particelle, fattore di forma, tortuosità e conducibilità con la resistenza di polarizzazione.