Batterie di flusso compatte per aumentare la competitività

Creata una nuova cella con dimensioni ridotte del 75%, che migliora significativamente la densità di potenza volumetrica, diminuendo l’ingombro e il costo dell’intera batteria di flusso

Batterie di flusso compatte
Credits: Georgia Tech. Foto di Allison Carter

Verso batterie di fisso compatte e ad alte prestazioni

(Rinnovabili.it) – Vantano tempi di ricarica rapidissimi, una lunga durata del ciclo e materiali elettroattivi completamente riciclabili. Sulla carta le batterie di flusso o batterie di flusso redox offrono innegabili vantaggi al mondo dell’energy storage. Soprattutto se si considera l’indipendenza tra l’energia accumulata e la potenza erogata che caratterizza questa tecnologia. 

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Questi dispositivi rappresentano una sorta di ibrido tra una batteria convenzionale e una cella a combustibile. Le sostanze elettroattive sono disciolte in due fluidi elettroliti – anolita e catolita –  conservati in serbatoi esterni. Per fornire elettricità, ossia la fase di scarica, i liquidi sono pompati nella cella elettrochimica centrale, dove avviene la reazione redox. La ricarica si effettua semplicemente sostituendo l’elettrolita liquido. Questa architettura fa sì che l’energia accumulata dipenda dal volume e dalla concentrazione di elettroliti contenuti nei serbatoi, mentre la potenza sia funzione esclusivamente della superficie della membrana, nella cella, attraverso cui avviene lo scambio ionico.

Ma a fronte di vantaggi ineguagliabili in termini di scalabilità e flessibilità di progettazione queste unità di accumulo presentato normalmente celle di grandi dimensioni con componenti voluminosi per prestazioni elevate, che si traducono in una bassa densità di potenza volumetrica, ingombro elevato e costi di capitale. A risolvere il problema potrebbe essere la nuova ricerca condotta dagli ingegneri del Georgia Institute of Technology. Gli scienziati della Scuola di Ingegneria chimica e biomolecolare hanno sviluppato una configurazione della batteria a flusso più compatta che riduce le dimensioni della cella di 75%.

Una membrana a forma di fibra

Per ridurre i volumi, il team ha impiegato una membrana filtrante a forma di fibra nota come fibra cava. La soluzione è dotata di uno speciale design salvaspazio che riduce gli spazi interni, aumentando la densità di potenza volumetrica e senza bisogno di un’infrastruttura di supporto aggiuntiva. “Eravamo interessati all’effetto della geometria del separatore della batteria sulle prestazioni delle batterie a flusso”, ha affermato Ryan Lively , professore della Scuola. “Eravamo consapevoli dei vantaggi che le fibre cave conferiscono alle membrane di separazione e ci siamo proposti di realizzare quegli stessi vantaggi nel campo delle batterie”

 Per convalidare le nuove batterie di flusso compatte, i ricercatori hanno utilizzato quattro diverse sostanze chimiche: vanadio, bromuro di zinco, bromuro di chinone e ioduro di zinco. Sebbene tutte siano funzionali, due si sono dimostrate  più promettenti: il vanadio, la sostanza chimica più matura, ma anche la meno accessibile e tossica; e lo ioduro di zinco, materiale in grado di aumentare la densità energetica della batteria.

 Secondo i ricercatori con la chimica allo ioduro di zinco, la batteria di flusso compatto potrebbe funzionare per più di 220 ore o per oltre 2.500 cicli in condizioni non di punta. Potrebbe anche potenzialmente ridurre il costo della tecnologia dagli 800 dollari  per kWh a meno di 200 impiegando elettrolita riciclato. I risultati del lavoro sono stati pubblicati su Proceedings of the National Academy of Sciences (testo in inglese).

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