Rinnovabili • batterie al litio metallico a ricarica rapida

Verso batterie al litio metallico a ricarica rapida

Messo a punto un nuovo sistema per far crescere densi strati di litio metallico uniforme che evita la formazione di dendriti e rende più veloce la fase di carica

batterie al litio metallico a ricarica rapida
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Batterie al litio metallico a ricarica rapida che non temono i dendriti

(Rinnovabili.it) – Sulla carta il litio metallico rappresenta il materiale anodico ideale per le batterie ricaricabili a base di litio. Offre infatti la più alta densità di energia gravimetrica possibile (ossia la quantità di energia che può essere immagazzinata per unità di massa) e consente alte velocità di carica. Sull’altro piatto della bilancia pesa però un problema non indifferente: questo materiale tende a formare dendriti, sottili strutture ramificate e aghiformi che possono ridurre la sicurezza e la durata della batteria. E la loro formazione aumenta con l’aumentare della velocità di ricarica.

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Un team di ingegneri della California ha cercato di ovviare al problema a partire dal metodo di crescita del litio metallico sull’anodo. Il lavoro, guidato dai ricercatori guidato dell’Università della California di San Diego, ha permesso di ottenere densi strati di litio uniforme privi di dendriti. Un passo avanti che apre le porte a batterie al litio metallico a ricarica rapida

Il trucco è stato quello di pensare “fuori dalla scatola”. Per far crescere i propri cristalli di litio sull’anodo, il team ha sostituito la più tradizionale superficie in rame, materiale “amico” del Li, con una nanocomposita in fluoruro di litio e ferro, litiofobica. 

“La speciale superficie nanocomposita rappresenta la scoperta”, ha spiegato Ping Liu, professore di nanoingegneria della UC San Diego, e autore senior della pubblicazione su Nature Energy. “Abbiamo sfidato le tradizionali nozioni […] La convinzione prevalente è che il litio cresca meglio su superfici che gli piacciono, superfici litofile. In questo lavoro, dimostriamo che non è sempre vero. Il substrato che usiamo non ama il litio. Tuttavia, fornisce abbondanti siti di nucleazione insieme a un rapido movimento superficiale del litio. Questi due fattori portano alla crescita di splendidi cristalli”. E da questi cristalli, anche a velocità di carica elevate, crescono densi strati di litio privi di dendriti. Il risultato sono batterie al litio metallico a lungo ciclo di vita che possono essere ricaricate rapidamente.

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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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