Rinnovabili • Nuovo regolamento UE sulle batterie

Ecco la batteria litio-aria che batte gli ioni di litio

Sviluppata una batteria litio-O2 con elettrolita solido la cui chimica può potenzialmente aumentare la densità di energia fino a quattro volte rispetto alle ricaricabili tradizionali

batteria litio-aria
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Nuovi passi avanti per la batteria litio-aria grazie alla ceramica nanostrutturata

(Rinnovabili.it) – Ha superato i 1.000 cicli di carica-scarica offrendo un’elevata capacità di immagazzinare l’energia. E oggi punta non solo a raggiungere le ricaricabili a ioni litio ma a superarle di quattro volte. Parliamo della nuova batteria litio-aria con elettrolita solido, realizzata dall’IIT dell’Argonne National Laboratory, negli Stati Uniti.

Le batterie litio-aria sono dispositivi elettrochimici che sfruttano l’ossigeno nell’aria al livello del catodo per donare elettroni al litio. Questa tecnologia può teoricamente portare a celle elettrochimiche con la massima energia specifica possibile. Ma dal lato pratico, il loro ciclo di vita rimane limitato. La stabilità è generalmente ostacolata da reazioni chimiche parassitarie che coinvolgono l’ossigeno reattivo. Non solo. Con gli attuali design delle celle, molti elettroliti acquosi rischiano di evaporare nel tempo.

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Raggiunta una reazione a 4 elettroni

Gli scienziati dell’Argonne hanno trovato un modo per realizzare una batteria litio-aria non solo stabile ma anche dotata di elevata densità di energia. Il segreto? Impiegare un nuovo elettrolita solido: un materiale polimerico ceramico e nanostrutturato, costituito da elementi relativamente poco costosi. Questo polimero consente reazioni chimiche che producono alla scarica ossido di litio (Li2O) anziché perossido di litio (Li2O2 ) o superossido (LiO2), come avviene nei design con elettrolita liquido.

“La reazione chimica per il superossido o il perossido di litio coinvolge solo uno o due elettroni immagazzinati per molecola di ossigeno, mentre quella per l’ossido di litio coinvolge quattro elettroni”, spiega il chimico Rachid Amine. E più elettroni immagazzinati significano ovviamente maggiore quantità di energia accumulata.

Il progetto dell’IIT ha realizzato la prima batteria litio-aria che ha raggiunto una reazione a quattro elettroni a temperatura ambiente. E la cella di test ha superato 1.000 cicli di carica e scarica rimanendo stabile. “Con l’ulteriore sviluppo, prevediamo che il nostro nuovo design per la batteria al litio-aria raggiunga anche una densità energetica record di 1200 Wh per chilogrammo”, ha affermato lo scienziato Larry Curtiss. “È quasi quattro volte superiore a quella delle batterie agli ioni di litio”. La ricerca è stata pubblicata su Science (testo in inglese).

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About Author / Stefania Del Bianco

Giornalista scientifica. Da sempre appassionata di hi-tech e innovazione energetica, ha iniziato a collaborare alla testata fin dalle prime fasi progettuali, profilando le aziende di settore. Nel 2008 è entrata a far parte del team di redattori e nel 2011 è diventata coordinatrice di redazione. Negli anni ha curato anche la comunicazione e l'ufficio stampa di Rinnovabili.it. Oggi è Caporedattrice del quotidiano e, tra le altre cose, si occupa quotidianamente delle novità sulle rinnovabili, delle politiche energetiche e delle tematiche legate a tecnologie e mercato.


Rinnovabili • Turbine eoliche ad asse verticale

Turbine eoliche ad asse verticale, efficienza migliorata del 200%

Dall'EPFL svizzero il primo studio che applica un algoritmo di apprendimento automatico alla progettazione della pale delle turbine VAWT

Turbine eoliche ad asse verticale
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Nuovi progressi per le turbine eoliche ad asse verticale

Un aumento dell’efficienza del 200% e una riduzione delle vibrazioni del 70%. Questi due dei grandi risultati raggiunti nel campo delle turbine eoliche ad asse verticale,  presso l’UNFoLD, il laboratorio di diagnostica del flusso instabile della Scuola Politecnica Federale di Losanna (EPFL). Il merito va a Sébastien Le Fouest e Karen Mulleners che, in un’anteprima mondiale hanno migliorato questa specifica tecnologia impiegando un algoritmo di apprendimento automatico.

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Turbine eoliche VAWT, vantaggi e svantaggi

Si tratta di un progresso a lungo atteso dal comparto. Le turbine eoliche ad asse verticale o VAWT per usare l’acronimo inglese di “Vertical-axis wind turbines” offrono sulla carta diversi vantaggi rispetto ai classici aerogeneratori ad asse orizzontale. Ruotando attorno ad un asse ortogonale al flusso in entrata, il loro lavoro risulta indipendente dalla direzione del vento, permettendogli di funzionare bene anche nei flussi d’aria urbani. Inoltre offrono un design più compatto e operano a frequenze di rotazione più basse, il che riduce significativamente il rumore e il rischio di collisione con uccelli e altri animali volanti. E ancora: le parti meccaniche della trasmissione possono essere posizionate vicino al suolo, facilitando la manutenzione e riducendo i carichi strutturali.

Perché allora non sono la scelta dominante sul mercato eolico? Come spiega lo stesso Le Fouest, si tratta di un problema ingegneristico: le VAWT funzionano bene solo con un flusso d’aria moderato e continuo. “Una forte raffica aumenta l’angolo tra il flusso d’aria e la pala, formando un vortice in un fenomeno chiamato stallo dinamico. Questi vortici creano carichi strutturali transitori che le pale non possono sopportare“, scrive Celia Luterbacher sul sito dell’EPFL.

Energia eolica e algoritmi genetici

Per aumentare la resistenza, i ricercatori hanno cercato di individuare profili di inclinazione ottimali.  Il lavoro è iniziato montando dei sensori, direttamente su una turbina in scala ridotta, a sua volta accoppiata ad un ottimizzatore funzionante con algoritmi genetici di apprendimento. Di cosa si tratta? Di una particolare tipologia di algoritmi euristici basati sul principio della selezione naturale.

Quindi muovendo la pala avanti e indietro con angoli, velocità e ampiezze diverse, hanno generato una serie di profili di inclinazione. “Come in un processo evolutivo, l’algoritmo ha selezionato i profili più efficienti e robusti e ha ricombinato i loro tratti per generare una ‘progenie’ nuova e migliorata”. Questo approccio ha permesso a Le Fouest e Mulleners non solo di identificare due serie di profili di passo che contribuiscono a migliorare significativamente l’efficienza e la robustezza della macchina, ma anche di trasformare la più grande debolezza delle turbine eoliche ad asse verticale in un punto di forza. I risultati sono riportati su un articolo recentemente pubblicato sulla rivista Nature Communications.

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