Rinnovabili • Batteria calcio-aria

Batteria calcio-aria, 700 cicli a temperatura ambiente

Un gruppo di ricercatori cinesi ha sviluppato una batteria a base di calcio metallico e ossigeno in grado  caricarsi e scaricarsi stabilmente a temperatura ambiente e integrabile persino nelle fibre tessili

Batteria calcio-aria
Credits: Fudan University

Nuovi passi avanti per il calcio metallico nel mondo dell’accumulo

(Rinnovabili.it) – Un nuova pietra miliare nel campo dell’energy storage è stata raggiunta. Un gruppo di scienziati cinesi ha creato la prima batteria calcio-aria ricaricabile in grado di funzionare per lungo tempo. Obiettivo particolarmente sfidante e da tempo inseguito. Questa tecnologia rientra nel più ampio segmento delle batterie al calcio metallico, uno dei tanti candidati a sostituire la chimica a ioni di litio e capace di offrire costi inferiori e prestazioni più elevate. Tra gli indubbi vantaggi anche quello delle materie prime: il calcio è il quinto minerale più abbondante nella crosta terrestre.

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Batterie calcio-aria, vantaggi e problemi

In questo specifico segmento, le batterie calcio-aria rappresentano in assoluto l’unità con la densità energetica teorica più alta. Tuttavia, realizzare un dispositivo reale capace di caricarsi e scaricarsi stabilmente a temperatura ambiente è sempre stato un problema. Questo perché l’anodo in calcio metallico ha un’elevata attività elettrochimica, che provoca facilmente la riduzione e la decomposizione dell’elettrolita e forma uno strato di passivazione sulla superficie dell’elettrodo. Nel contempo il catodo ad aria provoca facilmente la decomposizione ossidativa dell’elettrolita, diminuendo rapidamente anche le sue stesse prestazioni.

Trovare l’elettrolita perfetto capace di soddisfare gli elevati requisiti degli elettrodi non è stato facile ma il team cinese potrebbe avercela fatta. I ricercatori, provenienti dalla Fudan University, dalla Shanghai Jiao Tong University e dalla  Zhejiang University, hanno messo a punto un nuovo elettrolita organico a base di dimetilsolfossido/liquido ionico che non solo mostra un’elevata conduttività ionica e caratteristiche elettrochimiche stabili, ma migliora anche la sicurezza generale della batteria.

700 cicli a temperatura ambiente

“La batteria calcio-ossigeno sviluppata in questa ricerca è costituita principalmente da tre parti”, scrive Li Sijia sul sito della Fudan University. “Elettrodo negativo in calcio metallico, elettrodo positivo ad aria in nanotubi di carbonio ed elettrolita organico. Il design della batteria non solo ottimizza prestazioni e costi, ma tiene conto anche della sostenibilità ambientale e dei requisiti applicativi nei dispositivi elettronici flessibili. Tra questi, l’anodo di calcio metallico non solo ha un costo inferiore, ma ha anche una capacità teorica più elevata, che favorisce il raggiungimento di una maggiore densità energetica dell’intera batteria. Allo stesso tempo, può essere ulteriormente caricato su un substrato flessibile”.

Il risultato è un dispositivo che può essere caricato e scaricato fino a 700 volte a temperatura ambiente. Il gruppo ha anche incorporato la batteria in fibre flessibili intrecciandole in un tessuto, per una nuova generazione di sistemi d’accumulo indossabili.

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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
via depositphotos

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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