Gli Scienziati del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) del Dipartimento dell’Energia hanno creato una batteria che accumula e congela l’energia prodotta dalle fonti rinnovabili per un uso successivo.
E’ un passo verso le batterie che possono essere utilizzate per lo stoccaggio stagionale: risparmiando energia in una stagione, come la primavera, e spendendola in un’altra, come l’autunno.
«È un po’ come coltivare cibo nel tuo giardino in primavera, mettere l’extra in un contenitore nel congelatore e poi scongelarlo per cena in inverno», ha detto Minyuan Miller Li autore principale della ricerca.
Il prototipo è piccolo, delle dimensioni di un disco da hockey, ma la potenziale utilità della scienza alla base del dispositivo è vasta, predicendo un momento in cui l’energia da fonti intermittenti, come il sole e il vento, può essere immagazzinata per molto tempo.
Il lavoro è stato pubblicato il 23 marzo 2022 sulla rivista Cell Reports Physical Science.
« Questa ricerca segna un passo importante verso una soluzione di accumulo stagionale della batteria che superi i limiti di autoscarica delle odierne tecnologie per le batterie», ha affermato Imre Gyuk, direttore dell’Energy Storage presso l’Office of Electricity, che ha finanziato il lavoro
Come funziona?
La batteria, viene prima caricata riscaldandola fino a 180°C consentendo agli ioni di fluire attraverso l’elettrolita liquido per creare energia chimica, quindi, la batteria viene raffreddata a temperatura ambiente, bloccando essenzialmente l’energia della batteria. L’elettrolita diventa solido e gli ioni che trasportano l’energia rimangono quasi fermi, poi quando l’energia è necessaria, la batteria viene riscaldata e l’energia scorre.
Il fenomeno del gelo-disgelo è possibile perché l’elettrolita della batteria è sale fuso, un cugino molecolare del normale sale da cucina. Il materiale è liquido a temperature più elevate ma solido a temperatura ambiente.
Il concetto di congelamento e disgelo evita un problema familiare a chiunque abbia lasciato la propria auto inutilizzata per troppo tempo: una batteria che si scarica automaticamente quando è inattiva. La rapida velocità di scarica come quella delle batterie nella maggior parte delle auto o dei laptop, ostacolerebbe una batteria a rete progettata per immagazzinare energia per mesi, in particolare, la batteria di congelamento-scongelamento ha mantenuto il 92% della sua capacità per 12 settimane. L’energia in altre parole, non degrada molto, è conservata proprio come il cibo in un congelatore.
Materiali comuni per ridurre i costi di produzione
Il team di ricercatori ha evitato materiali rari, costosi e altamente reattivi. La batteria alluminio-nichel a sale fuso invece è piena zeppa di materiali comuni abbondanti sulla Terra.
L’anodo e il catodo sono rispettivamente piastre solide di alluminio e nichel, sono immersi in un mare di elettrolito di sale fuso che è solido a temperatura ambiente, ma scorre come un liquido quando viene riscaldato. Il team per aumentare la capacità energetica della batteria, all’elettrolito ha aggiunto zolfo, un altro elemento comune a basso costo.
Per esempio invece di un separatore in ceramica, che può essere più costoso da realizzare e suscettibile di rottura durante il ciclo di congelamento-scongelamento, la nuova batteria utilizza una semplice fibra di vetro, possibile grazie alla chimica stabile della batteria. Ciò riduce i costi e rende la batteria più robusta durante i cicli di gelo-scongelamento.
Ad oggi l’energia delle batterie viene immagazzinata a un costo dei materiali di circa 23 dollari per kilowattora (stimato prima del recente aumento del costo del nichel).
Il team di ricercatori sta esplorando l’uso del ferro, che è meno costoso, nella speranza di ridurre il costo dei materiali a circa 6 dollari per kilowattora, circa 15 volte inferiore al costo dei materiali delle odierne batterie agli ioni di litio.
La densità di energia teorica della batteria è di 260 wattora per chilogrammo, superiore alle attuali batterie al piombo e a flusso.
I ricercatori sottolineano che le batterie progettate per lo stoccaggio stagionale si caricherebbero e scaricherebbero probabilmente solo una o due volte l’anno perché a differenza delle batterie progettate per alimentare auto elettriche, laptop o altri dispositivi di consumo, non devono durare centinaia o migliaia di cicli.
Una soluzione ottimale, considerato che le fonti rinnovabili fluiscono e rifluiscono con i cicli della natura e ciò rende difficile includerli in un flusso di elettricità affidabile e costante
Fonte: Virtualblognews
