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Da Harvard la batteria a flusso economica e sostenibile per il fotovoltaico di casa

Una nuova tecnologia, grazie all'utilizzo di sostanze innocue e abbondanti, rende le batterie a flusso meno costose e applicabili anche in contesti domestici. Una soluzione per l'energy storage che promette di essere più economica e sicura dei prodotti disponibili al momento.

Non c'è bisogno di spiegare ai lettori di QualEnergia.it quanto i sistemi di accumulo siano importanti per la trasformazione del sistema energetico in atto: batterie a prezzi competitivi permetteranno presto di superare il punto debole delle nuove rinnovabili come eolico e fotovoltaico, la non programmabilità. Per questo è interessante l'ultima scoperta che esce dai laboratori di Harward: una nuova tecnologia che permette di utilizzare accumulatori a flusso anche in contesti domestici, con un sistema di storage che promette di essere più economico e sicuro dei prodotti disponibili al momento.

Ingredienti e sicurezza

Gli “ingredienti” della nuova ricetta sono infatti acqua ed elementi abbondanti ed economici, non tossici, non infiammabili, non corrosivi e che permettono un design più semplice della batteria, tagliando i costi. “Una chimica che sarei felice di tenere nella cantina di casa”, commenta Michael J. Aziz, Gene docente alla Harvard Paulson School of Engineering and Applied Sciences e coordinatore della ricerca, pubblicata su Science (link in basso). "La non tossicità degli elementi, economici e abbondanti, disciolti in acqua rendono questo accumulatore sicuro – non può prendere fuoco – e questo è un vantaggio enorme per stoccare grandi quantità di energia in luoghi abitati”, aggiunge. A rendere possibile il superamento di uno dei limiti principali delle batterie a flusso, quello della sicurezza, è l'utilizzo di una comune tintura organica e di una sostanza normalmente utilizzata come additivo per alimenti o come fertilizzante.

Le batterie a flusso, a differenza di quelle ad elettroliti solidi, accumulano l'energia in liquidi contenuti in taniche esterne, che possono avere dimensioni diverse e indipendenti dall'hardware che converte l'energia, che determina la potenza di picco del dispositivo. Per questo, dato che basta aumentare il volume delle taniche, questa tecnologia permette di stoccare quantità più grandi di energia a costi minori rispetto ad altre soluzioni.

Il problema, almeno fino alle ultime scoperte, come detto, sta nelle sostanze usate. I componenti attivi degli elettroliti nella maggior parte delle batterie a flusso sono ioni di metalli come il vanadio, dissolti in acido. Si tratta di metalli spesso costosi, corrosivi, difficili da maneggiare e che implicano perdite di efficienza.

Nuove sostanze economiche e innocue

Il primo passo verso batterie a flusso più sicure ed economiche era stato fatto dagli stessi ricercatori di Harvard l'anno scorso, rimpiazzando i metalli con molecole organiche e molto comuni dette chinoni (che sono coinvolte in processi biologici quali la fotosintesi e la respirazione cellulare).

Rimpiazzati con i chinoni in soluzione acquosa gli elettroliti negativi a base di metalli, restava il problema del polo positivo, per il quale come in altre batterie si usa una soluzione a base di bromo, elemento tossico e volatile. Ed ecco il secondo step: il bromo è stato rimpiazzato con il ferrocianuro, che non è tossico e non è corrosivo, tanto da essere usato normalmente come additivo per alimenti e come fertilizzante (il cianuro è mortale per gli umani solo perché si lega al ferro presente nel corpo, ma nel ferrocianuro è già legato a questo elemento, per cui è innocuo).

Costruzione più semplice e costi tagliati

La nuova batteria con chinoni e ferrocianuro, a differenza di quella con chinoni e bromo sviluppata l'anno scorso, vede i due elementi in soluzione alcalina. Essendo i composti non corrosivi, i componenti del sistema possono essere costruiti in maniera più semplice e con materiali più economici, abbassando i costi dell'accumulo nel suo complesso.

“C'è il potenziale per avere batterie con costi molto bassi, materiali sostenibili, alte efficienze e densità di potenza pratiche”, commenta Robert F. Savinell, esperto di batterie della Case Western Reserve University, estraneo alla ricerca di Harvard su questa nuova tecnologia. Insomma, è stato fatto un altro passo avanti verso un futuro molto vicino in cui si potrà accumulare in maniera conveniente l'energia prodotta da eolico e fotovoltaico.

  • La pubblicazione su Science: "Alkaline quinone flow battery", di Kaixiang Lin, Qing Chen, Michael R. Gerhardt, Liuchuan Tong, Sang Bok Kim, Louise Eisenach, Alvaro W. Valle, David Hardee, Roy G. Gordon, Michael J. Aziz, Michael P. Marshak




Commenti

"Possiamo"

Non so quanto possa essere d'aiuto.. ma ho letto oggi questo articolo..

http://www.motorionline.com/2016/08/04/nanoflowcell-le-auto-elettriche-d...

@roberto "Possiamo

@roberto

"Possiamo immaginarci future auto elettriche che presentino 2 serbatoi facilmente e VELOCEMENTE (tipo pieno di benzina) riempibili dai due fluidi elettrolitici non tossici fornendo all'auto tutta l'energia anche per lunghi tragitti."

Si possono immaginare molte cose, nei film/racconti di fantascienza immaginano cose fantastiche... peccato che il mondo reale sia soggetto a delle leggi fisiche ben definite e conosciute/testate a volte da secoli... per esempio la validita' della legge di Coulomb.

Se dai un'occhiata sul sito di questa ditta tedesca che produce batterie di questo tipo, a flusso...

http://energy.gildemeister.com/en/store/cellcube-fb-10-20-30#Technical-data

... puoi vedere dai dati tecnici che per stoccare 40 kWh (cioe' pochissimo in termini dell'autonomia di una vettura elettrica), devono impiegare un volume di 4,66 x 2,2 x 2,42 =~ 25 m3... equivalente a quello di un piccolo camper... con un peso totale (contenitore, elettroliti ed elettronica di potenza) fra 7 e 14 tonnellate!... dai un'occhiata agli esempi della rubrica "References"sulla pagina web da me citata qui sopra... le due vetturette elettriche sembrano NANI al confronto della batteria... la quale ha solo 10 kW di corrente di scarica e 40 kWh di capacita'!
Lo immagini un veicolo come una Nissan Leaf che rimorchia la sua batteria, di peso e dimensioni confrontabili a queste???? Io no.

E queste sono batterie al vanadio, che probabilmente hanno un'efficienza maggiore di quelle descritte in questo articolo.

Attento a non confondere i sogni con la realta'... al risveglio ci si rimane male!...

R.

P.S.: nell'articolo completo di Science qui citato parlano di densita'di potenza di 0,7 W/cm2 a 45 C di temperatura, e di piu' di 0,45 W/cm2 a temperatura ambiente (20 C)...il che significa che per una vettura parcheggiata in un luogo non riscaldato d'inverno devi spendere energia per mantenere quel volume/massa al calduccio in maniera costante...

Il futuro!

La parte più interessante del lavoro scientifico risiede proprio nell'aver individuato delle molecole a basso impatto ambientale che possano immagazzinare energia "chimica" facilmente riconvertibile in energia "elettrica".

Se si dimostrasse un processo efficace ed economico, tale sistema potrebbe vermente dare l'impulso per lo sviluppo dell'auto elettrica! Possiamo immaginarci future auto elettriche che presentino 2 serbatoi facilmente e VELOCEMENTE (tipo pieno di benzina) riempibili dai due fluidi elettrolitici non tossici fornendo all'auto tutta l'energia anche per lunghi tragitti.
Gli elettrolito poi possono essere generati a partire da fonti pulite in grosse centrali e dispacciati facilmente come l'attuale benzina tramite autobotti...
Sappiamo infatti che ricaricare le batterie dell'auto è il problema principale (non la durata delle batterie che nei prossimi anni decuplicherà...) e che prende troppo tempo alla sempre più frenetica vita moderna.

Credo che questo sistema si possa dimostrare molto utile.

Sarebbe interessante capire quanti KWh sono stoccabili in 1 litro di elettrolita....