Rinnovabili • Batterie con elettroliti solidi

Batterie con elettroliti solidi, un nuovo processo rivoluzionario

Il Korea Electrotechnology Research Institute ha messo a punto una nuova tecnologia per la produzione di elettroliti solidi, in grado di ridurre tempi e costi di lavorazione raddoppiandone la qualità

Batterie con elettroliti solidi
Credits: Korea Electrotechnology Research Institute

(Rinnovabili.it) – Le batterie con elettroliti solidi, anche note come batterie allo stato solido, incarnano la grande promessa dell’accumulo elettrochimico grazie ad una serie di vantaggi innegabili. A cominciare da una maggiore densità di energia e dall’assenza di rischi intrinseci di esplosione. Tuttavia la produzione dell’elettrolita non è un’operazione semplice. A dare una mano al comparto è oggi una ricerca del Korea Electrotechnology Research Institute (KERI). Qui un gruppo di scienziati ha messo a punto una nuova tecnologia di sintesi che potrebbe davvero cambiare le sorti del segmento. Ma per comprenderne la portata bisogna fare un passo indietro.

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I processi di produzione degli elettroliti solidi

Le batterie con elettroliti allo stato solido sostituiscono i tradizionali elettroliti liquidi con conduttori ionici solidi di tipo inorganico, polimerico o polimerico composito. Per integrali a livello del catodo, questi componenti devono essere estremamente piccoli, arrivando a misurare solo pochi micrometri, circa un centesimo dello spessore di un capello umano. In tutti i casi le loro prestazioni elettrochimiche sono fortemente influenzate dal processo di produzione utilizzato. Allo stato attuale chi li fabbrica deve compiere una scelta: può ricorrere a metodi come la tempra per fusione e la macinazione meccanica a sfere che offrono dei vantaggi sulla conducibilità ionica finale ma sono più difficili da scalare; oppure può ricorrere al trattamento chimico a umido, semplice, conveniente, flessibile ma in grado anche di introdurre impurità e difetti che danneggiano la conducibilità ionica.

Il gruppo del KERI, guidato dal dottor Park Jun-woo, ha utilizzato materie prime microscopiche, come il solfuro di litio, e ha controllato meticolosamente la velocità di nucleazione (formazione di una fase sotto forma di piccoli aggregati) di ciascun materiale durante le reazioni chimiche, ottenendo prodotti sostanzialmente ridimensionati. Questo approccio innovativo consente la produzione di elettroliti fini allo stato solido utilizzando una semplice tecnica di sintesi umida priva di processi complessi.

Batterie ad Elettroliti Solidi, verso la Produzione in Serie semplificata

Il risultato? Il controllo efficace della composizione chimica ha prodotto una notevole conduttività ionica, più che raddoppiata rispetto a quella ottenuta attraverso i metodi esistenti di produzione di elettroliti allo stato solido (sintesi “a secco” e macinazione tramite sfere ad alta energia). “Selezionando i materiali giusti e controllando in modo affidabile le reazioni chimiche – spiega il dottor Park – siamo stati in grado di bypassare i processi complessi e costosi, tipicamente utilizzati per la raffinazione degli elettroliti allo stato solido, optando per un ‘processo semplice’. Nonostante ciò, gli elettroliti a stato solido risultanti mostrano una qualità significativamente migliorata, soddisfacendo i requisiti di efficienza e accessibilità aziendale per la produzione e la commercializzazione in serie”.

Il risultato della ricerca su coni sono state depositate già diverse domande di brevetto, è stato pubblicato su Energy Storage Materials (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
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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