La ricerca di nuovi sistemi per accumulare energia è fondamentale per le rinnovabili

Una delle sfide più importanti per la sostenibilità è l’uso efficiente delle risorse energetiche rinnovabili, un obiettivo che fa perno sulla capacità di immagazzinare questa energia quando viene prodotta e per poi utilizzarla quando è necessario. L’accumulo di energia elettrica è un grosso ostacolo per un uso più diffuso delle fonti di energia rinnovabili come l’energia eolica e solare. A causa della natura imprevedibile di queste fonti (eolica e solare), la capacità di immagazzinare questa energia quando la stessa è indispensabile è un requisito fondamentale per trasformare queste risorse in fonti affidabili di energia.

Un team di ricercatori provenienti dalla Drexel University of Engineering ha raccolto questa sfida e ha sviluppato un nuovo metodo per accumulare in modo rapido ed efficiente grandi quantità di energia elettrica con un sistema elettrochimico che combina vari principi tra i quali quello dei supercondensatori.

Le batterie attualmente utilizzate memorizzano una grande quantità di energia, ma sono relativamente lente in fase di scarica ed hanno una durata (ciclo di vita)  limitata,  rispetto ai supercondensatori elettrochimici. L’ostacolo nel modo di utilizzare una batteria o un supercondensatore per immagazzinare energia è che la capacità di stoccaggio è strettamente legata alla dimensione della batteria o del supercondensatore utilizzato.

I supercondensatori sono realizzati in cellule piuttosto piccole di dimensioni, e la loro unione per realizzare una batteria di grande capacità da utilizzare con le fonti rinnovabili, sarebbe molto onerosa. “L’ unione di migliaia di dispositivi tradizionali di piccole dimensioni per costruire un sistema di accumulo di grande capacità è troppo costoso“, ha dichiarato il Dr. Yury Gogotsi, direttore del AJ Drexel Nanotechnology Institute e ricercatore responsabile del progetto. “Un sistema di stoccaggio di liquidi, la cui capacità è limitata solo dalle dimensioni del serbatoio, può essere invece conveniente.”

Il team di ricerca ha fatto emergere una nuova soluzione che combina i punti di forza di batterie e supercondensatori. Il “condensatore di flusso elettrochimico” (CEF) consiste di una cella elettrochimica collegata a due serbatoi di elettrolito esterni. Questa tecnologia è unica in quanto utilizza piccole particelle di carbonio in sospensione nel liquido elettrolita per creare un “impasto” di particelle che possono accumulare una carica elettrica.

L’impasto non carico viene pompato attraverso i serbatoi da una cella di flusso, dove l’energia immagazzinata nella cella viene poi trasferito alle particelle di carbonio. L’impasto carico può poi essere conservato in serbatoi fino a quando l’energia è necessaria, e fino al momento in cui l’intero processo si inverte al fine di scaricare il CEF. Il vantaggio principale del CEF è che il suo design permette di essere costruito su larga scala per essere sufficiente a memorizzare grandi quantità di energia, consentendo anche la capacità di fornirla in breve tempo.  Questo sistema inoltre ha un ciclo di vita relativamente lungo rispetto alle batterie attualmente in uso. Secondo i ricercatori, il CEF può potenzialmente essere utilizzato per centinaia di migliaia di cicli di carica-scarica.

Il gruppo sta progettando un piccolo prototipo dimostrazione per illustrare il funzionamento fondamentale del sistema, un sistema che potrebbe risolvere il problema di stoccare grandi quantità di energia, in spazi relativamente limitati, con l possibilità di poterla utilizzare in breve tempo. Con l’utilizzo di questi sistemi alcuni sistemi non programmabili per la produzione di energia (solare ed eolico) potrebbero assumere un ruolo ancora più importante nel panorama della generazione da fonti rinnovabili.