Rinnovabili: ecco le Batterie di flusso a basso costo per far crescere il settore

 

La potenza raccolta dal Sole e dal vento può essere trasformata in gigawatt ed immessa nelle reti elettriche sottoforma di energia elettrica

Scritto da Simone Ziggiotto il 12/01/14 | Pubblicata in Ambiente | Archivio 2014

 

Rinnovabili: ecco le Batterie di flusso a basso costo per far crescere il settore

La potenza raccolta dal Sole e dal vento può essere trasformata in gigawatt ed immessa nelle reti elettriche sottoforma di energia elettrica. Ciò rende sempre più importante trovare un modo efficace e conveniente per immagazzinare energia rinnovabile, trasformarla, ed utilizzarla. Uno dei punti che impediscono alle energie rinnovabili di prendere il sopravvento è lo stoccaggio dell'energia prodotta in modo discontinuo.

"Ora abbiamo una buona possibilità di risolvere quel problema", dice Michael Aziz, uno scienziato presso la Harvard University di Cambridge, in Massachusetts. La sua soluzione è una batteria di flusso che eroga energia ad alta densità senza necessità di sfruttare metalli costosi.

Lo studio ed il progetto sono stati pubblicato sul portale Nature.

Le batterie di flusso funzionano pompando diverse sostanze chimiche su due elettrodi separati da una membrana. I protoni passano attraverso la membrana mentre gli elettroni viaggiano lungo il circuito che collega gli elettrodi, andando a scaricare la batteria. Invertendo la reazione, si può caricare la batteria. Nelle batterie di flusso, gli elementi elettro-attivi sono alloggiati in serbatoi esterni di liquidi che, combinati insieme, producono elettricità. Eccone un esempio visivo:

Batteria di flusso
In una batteria di flusso, due liquidi vengono pompati da serbatoi separati per attivare reazioni e scambiare ioni positivi attraverso una membrana, generando l'energia elettrica. Per ricaricare la batteria, la reazione viene invertita.

Il grande vantaggio delle batterie di flusso consiste proprio nel fatto che le sostanze chimiche possono essere immagazzinate in serbatoi che sono montati al di fuori del complesso della batteria. L'aumento della capacità di una batteria è semplicemente una questione di costruire dei serbatoi più grandi, rendendo le batterie di flusso particolarmente adatte per lo stoccaggio di energia su larga scala.

Le batterie di flusso commerciali più avanzate si affidano agli ioni di vanadio. Solo una manciata di batterie di flusso agli ioni di vanadio sono in funzione in tutto il mondo, e lo scorso anno, in Giappone, dove l'energia solare è in aumento, la Hokkaido Electric Power Company ha ordinato la batteria di flusso al vanadio più grande del mondo. La batteria dovrebbe essere pronta nel 2015.

Il problema del vanadio, tuttavia è "che è molto costoso", dice Aziz.

Negli ultimi decenni, i ricercatori hanno studiato molti altri elementi chimici da usare e combinare per la raccolta di energia dalle fonti rinnovabili, ma solo pochi sono attivi. "La tavola periodica è abbastanza ben fornita di elementi", dice Aziz. "Così abbiamo introdotto il mondo della chimica organica", prosegue.

Una sostanza che può equiparare le prestazioni fornite dal vanadio, ma che costa di meno, è il chinone. Il chinone è economico e non necessita di particolari processi per poter funzionare con la batteria di flusso. Aziz, in un primo test, ha quindi abbinato metà batteria di flusso col chinone con un catodo che alterna bromo e acido bromidrico.

La reazione chinone-idrochinone, circa 1.000 volte più veloce rispetto alla reazione di vanadio rivale, permette alla batteria di caricarsi e scaricarsi velocemente. E, cambiando alcuni gruppi chimici del chinone, Aziz può alterare la loro solubilità e anche la tensione della batteria di flusso, aumentandone le prestazioni. A seguito di alcuni test, è risultato che la batteria ha completato 100 cicli di carica-scarica con nessun segno di degrado (anche se un sistema commerciale avrebbe probabilmente bisogno di almeno 10.000 cicli).

Aziz calcola che la sua batteria di flusso potrebbe conservare un kilowattora di energia prodotta al costo di 27 dollari - un terzo del prezzo richiesto col sistema al vanadio. Ulteriori miglioramenti potrebbero renderla competitiva con le altre tecnologie per la memorizzazione di grandi quantità di energia , come l'aria compressa.

"Vorrei solo dire che ci avevo pensato, perché si tratta di un semplice sistema", dice Robert Savinell, un ingegnere di elettrochimica presso la Case Western Reserve University di Cleveland, in Ohio. "E le idee più semplici sono spesso le più efficaci.".

Il risultato. La soluzione di Aziz, che ribadiamo può essere ulteriormente migliorata, sebbene non garantisce le stesse prestazioni delle batterie di flusso tradizionali al vanadio, apre la strada a eventuali sviluppi futuri per realizzare una nuova generazione di accumulatori di energia efficienti.

 

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