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Energy storage: il microchip impara ad accumulare energia

Un team di ricercatori è riuscito a far sposare la tecnologia dei supercondensatori di nuova generazione con la produzione attuale dei microchip

Energy storage: il microchip impara ad accumulare energia

 

(Rinnovabili.it) – Dopo più di mezzo decennio di speculazioni, modelli sperimentali e test, un team internazionale di ricercatori è riuscito a mettere a punto un nuovo processo di fabbricazione che consentirà ai microchip e alle fonti energetiche che li alimentano di divenire un tutt’uno. Il lavoro, condotto da Yury Gogotsi della Drexel University e Patrice Simon, della Paul Sabatier University di Tolosa, si è concentrato sui processi di sintesi dei dispositivi di energy storage, e più precisamente sui film di carbonio e i micro-supercapacitors. La scoperta, segnalata nell‘edizione del 12 febbraio della rivista Science, è il culmine di anni di ricerca in collaborazione con il team che ha creato nel 2010 la prima pellicola di carbonio per supercapacitors.

 

L’obiettivo era quello di riuscir a dimostrare di poter accoppiare fisicamente il circuito integrato di un dispositivo elettronico con la sua fonte d’alimentazione. “Questo ci ha portato via un po’ di tempo, ma avevamo fissato un importante obiettivo: non solo produrre un dispositivo di accumulo dell’energia piccolo come un microchip – ma anche di farne in grado di far parte dell’architettura stessa del microchip e facilmente integrabile nei tradizionali processi di fabbricazione dei circuiti integrati in silicio”, spiega Simon.

 

Il cuore dello studio era dunque riuscire a far sposare la tecnologia dei supercondensatori di nuova generazione con la produzione attuale dei microchip. Sul primo fronte la ricerca ha fatto passi da giganti creando vere e proprie pellicole di supercapacitors costituite da un sottilissimo “sandwich” di un elettrolita tra due elettrodi in carbonio. Questi elementi sono in grado di memorizzare una grande quantità di energia rispetto alle loro dimensioni ridotte, possono essere caricati e scaricati in maniera estremamente rapida e la loro durata di vita è (teoricamente) quasi illimitata.

Riuscire a integrarli nel campo della microelettronica presenterebbe dunque più di un vantaggio.

Come parte della ricerca, il gruppo ha mostrato come depositare film di carbonio su wafer di silicio in una varietà di forme e configurazioni per creare decine di supercondensatori su un unico lingotto. Per raggiungere il loro obiettivo gli scienziati hanno depositato sulla superficie di una pellicola rivestita di ossido di silicio, uno strato relativamente spesso di carburo di titanio (TiC) un materiale refrattario ceramico. Dopo un passaggio detto clorazione, il TiC è trasformato in un film poroso di carbonio che può a sua volta essere convertito in un condensatore elettrochimico, altamente flessibile. Il metodo dei ricercatori per il deposito di carbonio su un wafer di silicio è in linea con le procedure di fabbricazione di microchip attualmente in uso, facilitando così le sfide di integrazione di dispositivi di energy storage nell’architettura dei dispositivi elettronici.

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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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