Energie rinnovabili

Batterie al litio senza fine

Scritto da Carlo Bellino

Venerdì 12 Maggio 2017

 

La durata della batteria è probabilmente la sfida più importante che i produttori di auto elettriche e le imprese che lavorano nello storage si trovano oggi a dover affrontare. Tutte le batterie al litio presenti attualmente sul mercato terminano la loro vita utile in pochi anni e più vengono sottoposte a cicli continui di carica e scarica più si esauriscono. Ma i ricercatori dell’Università di Irvine, in California (UCI), sostengono di aver scoperto il modo per aumentare la resistenza alla trazione dei nanofili, la cui veloce usura rappresenta il vero punto debole delle batterie al litio. La soluzione trovata è un enorme passo avanti in termini di efficienza degli accumulatori, perchè consentirebbe di estenderne la durata virtualmente all’infinito.

 

Questi minuscoli filamenti, migliaia di volte più fini rispetto ad un capello umano, presentano un’elevata conducibilità e possono stoccare e trasferire gli elettroni su un’ampia zona della loro superficie. Il problema è che sono terribilmente fragili e non reggono quindi adeguatamente a ripetuti cicli di carica e scarica.

 

Gli scienziati californiani, però, hanno escogitato la maniera per rendere i nanofili meno vulnerabili, rivestendoli con un involucro di diossido di manganese e racchiudendo il tutto in un elettrolita composto da un gel di carbonato di propilene, per intenderci molto simile al plexiglass. Quindi, se i condensatori realizzati con nanofili non rivestiti assicurano una vita utile tra i 2 mila e gli 8 mila cicli, quelli così protetti sono invece capaci di reggerne fino a 200 mila.

 

Il merito naturalmente è del gel, che plastifica l’ossido di metallo nella batteria conferendogli l’elasticità che previene proprio la frattura dei fili: dai test cui l’elettrodo rinforzato è stato sottoposto, consistenti in 200 mila cicli di carica e scarica effettuati nell’arco di tre mesi, non sono state rilevate perdite di capacità o di potenza, né alcuna rottura nei nanofili.

 

Secondo il gruppo di ricerca, tutti i condensatori a nanofili possono passare dai 2/8 mila a più di 100 mila cicli semplicemente sostituendo un elettrolita liquido con un altro in gel. La ricerca dimostra inoltre che l’elettrodo in nanofili di una batteria al litio può avere una vita molto più lunga dell’oggetto da alimentare.

 

Quando questa nuova scoperta verrà lanciata sul mercato potrebbe dar vita ad accumulatori di fatto eterni per PC, smartphone, elettrodomestici, automobili e addirittura navicelle spaziali.

Batterie al litio più durature

Scritto da Carlo Bellino

Giovedì 1 Marzo 2017

 

Senza la necessità di trovare nuovi materiali strutturali, magari pure costosi, ma semplicemente ottimizzando l’anodo, un gruppo di ricerca svizzero ha migliorato le performance delle batterie ricaricabili, realizzando batterie al litio che durano più a lungo e che si ricaricano più velocemente.

 

Gli scienziati dello Swiss Paul Scherrer Institute PSI a Villigen e dell’ETH di Zurigo hanno sviluppato un metodo molto semplice, ma efficace, in grado di migliorare sensibilmente le prestazioni di questi sistemi di accumulo. La forte flessibilità in termini di dimensioni permette l’uso di batterie ricaricabili in tutti i campi di applicazione, dagli orologi da polso alle automobili elettriche. Mentre la maggior parte dei ricercatori si concentra sullo sviluppo di nuovi materiali, in questo caso l’attenzione è ricaduta invece sul controllo dei componenti esistenti, al fine di sfruttare al massimo il loro potenziale. E la soluzione si è rivelata davvero molto semplice: è bastato infatti ottimizzare solo l’anodo di grafite, che funge da elettrodo negativo.

 

Normalmente gli elettrodi sono prodotti in grafite, ossia fibre di carbonio, disposti in minuscole scaglie disordinate assimilabili come forma, almeno in apparenza, a cornflakes compressi. Quando una batteria al litio è sotto carica, gli ioni di litio migrano, attraverso un fluido elettrolita, dal catodo all’anodo, dove vengono raccolti nella barra di grafite. Quando la batteria è invece in uso gli ioni tornano al catodo, ma sono costretti a percorrere percorsi più lunghi e tortuosi a causa delle deviazioni che comporta la massa scomposta di fiocchi di grafite.

 

La soluzione trovata dal team di ricerca è stata proprio quella di raddrizzare tali scaglie, allineando l’un l’altra attraverso un processo di magnetizzazione. Il risultato ha di che essere soddisfatti: in condizioni di laboratorio si è riusciti infatti ad incrementare fino a tre volte la capacità di stoccaggio. Anche se le batterie commerciali non saranno in grado di riprodurre integralmente questi risultati a causa della loro costruzione complessa, le prestazioni saranno sicuramente migliorate, forse anche del 30/50 per cento, come dimostreranno ulteriori futuri esperimenti in merito.

Frigo magnetico

Scritto da Carlo Bellino

Lunedi 4 Settembre 2017

 

 

A breve sul mercato arriverà il primo frigo magnetico per applicazioni di tipo commerciale, con una tecnologia che elimina interamente i gas inquinanti e diminuisce il consumo di energia addirittura fino al 50%.

 

I gas refrigeranti in uso nei frigoriferi hanno ormai i giorni contati: la Cooltech Application ha annunciato infatti di recente la realizzazione, per applicazioni commerciali, del primo sistema di raffreddamento magnetico (MRS, acronimo di Magnetic Refrigeration System), che si basa sull’effetto magneto-calorico grazie al quale la temperatura di un materiale può essere variata semplicemente attraverso l’effetto di un campo magnetico. A onor del vero Il principio era già noto dalla fine del 1800, ma riuscire ad uniformare la velocità di assorbimento o cessione di calore dei gas refrigeranti in un prodotto commerciale non si è rivelata una cosa da poco. Senza considerare che fino a poco tempo fa’ i frigoriferi magnetici prodotti avevano dimensioni troppo grandi per poter pensare ad una loro immissione diretta sul mercato.

 

All’interno del frigo MRS al posto del classico gas compresso troviamo un materiale magneto-calorico che viene sottoposto all’azione di un campo magnetico. In tal modo si genera una variazione di temperatura della sostanza che permette di fatto la cessione o l’assorbimento di calore, proprio come avviene in un ciclo frigorifero tradizionale.

 

Nel frigo magnetico l’acqua è utilizzata come liquido refrigerante e viene pompata attraverso i materiali magneto-calorici, offrendo così una soluzione ecologica e meno energivora che secondo la Società è in grado di ridurre fino al 50% i consumi standard di un frigorifero. Inoltre dovrebbe avere anche altri ulteriori vantaggi, come generare meno rumore e vibrazioni e richiedere una minore manutenzione.

 

Nel settore della refrigerazione commerciale la nuova linea MRS è disponibile in un’ampia gamma di prodotti, come ad esempio strumenti di refrigerazione medica, distributori di bevande, banchi frigoriferi e cantine. Il frigo magnetico conserva una temperatura interna fra 2 e 5 °C ed è presente con due potenze di raffreddamento comprese tra 200 e 700 Watt, ma la Cooltech Application sta già sperimentando sistemi di raffreddamento industriali più grandi, con una potenza di raffreddamento di 20 kW.

Supercondensatori

 

Scritto da Carlo Bellino

Giovedì 9 Novembre 2017

 

I supercondensatori sono in grado caricarsi e scaricarsi ad una velocità inimmaginabile per i sistemi al litio e oltretutto non temono la perdita di capacità nel tempo. È per questo motivo che sono da tempo considerati valide alternative alle batterie tradizionali in settori che spaziano dall’automotive alla telefonia mobile. Unico difetto è che questa tecnologia presenta una densità energetica nettamente inferiore alle sue rivali (circa un ventesimo rispetto alle batterie), quindi a parità di volume consente di stoccare molta meno energia rispetto agli ioni al litio, impiegati di preferenza per le auto elettriche e i dispositivi elettronici portatili. Di conseguenza hanno l’esigenza di ricariche continue per tenere il passo.

 

A rendere i supercondensatori competitivi sul mercato potrebbe essere un nuovo materiale prodotto dall’University of Surrey e dalla società Augmented Optics in collaborazione con la University of Bristol. Gli scienziati hanno realizzato un gel elettrolitico reticolato che presenta valori di capacità di oltre 1000 volte superiori a quelle degli elettroliti classici. Questo materiale nasce in realtà da una tecnica che con l’energy storage non ha nulla a che fare, in quanto è una modifica dei sistemi utilizzati per rendere le lenti a contatto morbide sviluppata oltre 40 anni fa.

 

Quest’importante innovazione potrebbe incrementare drasticamente la capacità di stoccaggio delle auto elettriche, che potrebbero così percorrere lunghe distanze e ricaricarsi nello stesso tempo necessario ad un’auto a benzina.

 

Gran parte della ricerca globale è focalizzata sulle nuove tecnologie di accumulo energetico e questo nuovo supercondensatore ad ultra-capacità potrebbe avere forti ricadute anche riguardo alla capacità di altri apparecchi che si basano sulle batterie, compresi quelli del settore aerospaziale, della produzione energetica da fonti rinnovabili o anche più semplicemente gli smartphone.

In Inghilterra un mega impianto di stoccaggio criogenico

Scritto da Carlo Bellino

Lunedì 2 Ottobre 2017

 

In Inghilterra, e precisamente nelle immediate vicinanze di Manchester, è stato realizzato l’impianto di stoccaggio criogenico più potente al mondo. Costruita dalla Highview Power Storage, la centrale di accumulo ha una potenza di 5 MW e, a pieno regime, è in grado di alimentare, per una durata di circa tre ore, ben 5000 abitazioni.

 

La criogenesi presenta una flessibilità d’applicazioni, dalla distillazione dell’aria alla superconduttività, che ne sta favorendo la piena espansione. Tra i rami industriali connessi alla sperimentazione di questo campo della fisica figura anche l’accumulo energetico, il cui funzionamento è estremamente semplice: l’elettricità da immagazzinare alimenta un processo di raffreddamento che porta l’aria allo stato liquido.

 

 

La tecnologia impiegata dalla Highview Power è di fatto una versione localizzabile di un sistema idroelettrico a pompaggio, senza cioè che ci sia il vincolo fisico di dover dipendere da aree geografiche caratterizzate da corsi d’acqua o bacini.

 

Ideato per incanalare il surplus degli impianti eolici e solari, lo stoccaggio criogenico impiega l’elettricità pulita per raffreddare l’aria fino a -190 °C, temperatura alla quale si trasforma in un liquido, che viene poi stoccato in un serbatoio coibentato simile ad un grande thermos. Per liberare l’energia immagazzinata, l’aria liquida viene nuovamente portata alle condizioni ambientali, che provocano il ritorno allo stato gassoso. L’incremento considerevole di volume che ne deriva, pari a circa 700 volte, viene poi adoperato per azionare una turbina che genera elettricità.

 

Nell’impianto di Manchester l’efficienza di processo è migliorata grazie all’integrazione con la vicina centrale di biometano, dove si brucia il gas prodotto dalla decomposizione dei rifiuti per produrre elettricità. Il calore residuo di questo processo viene utilizzato per incrementare l’efficienza dello stoccaggio criogenico.

 

Al momento la potenza è ancora ridotta, ma la Società si sta impegnando moltissimo per migliorare l’attuale tecnologia, tanto è vero che è in progetto un impianto di ben 200 MW di potenza e 1.200 MWh di capacità in grado di alimentare una città intera per almeno sei ore.