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Jun 03, 2023

La batteria ricaricabile al sale fuso congela l'energia sul posto per lungo tempo

La tecnologia potrebbe portare più energia rinnovabile nella rete elettrica Durante la primavera nel Pacifico nord-occidentale, l’acqua di scioglimento della neve scorre lungo i fiumi e il vento spesso soffia forte. Queste forze

La tecnologia potrebbe portare più energia rinnovabile nella rete elettrica

Durante la primavera nel Pacifico nord-occidentale, l'acqua di scioglimento della neve scorre lungo i fiumi e il vento spesso soffia forte. Queste forze fanno girare le numerose turbine della regione e generano una grande quantità di elettricità in un momento di temperature miti e di domanda di energia relativamente bassa. Ma gran parte di questa elettricità in eccesso stagionale – che potrebbe alimentare i condizionatori d’aria in estate – viene persa perché le batterie non riescono a immagazzinarla abbastanza a lungo.

I ricercatori del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), un laboratorio nazionale del Dipartimento dell’Energia a Richland, nello stato di Washington, stanno sviluppando una batteria che potrebbe risolvere questo problema. In un recente articolo pubblicato su Cell Reports Physical Science, hanno dimostrato come il congelamento e lo scongelamento di una soluzione salina fusa crei una batteria ricaricabile in grado di immagazzinare energia in modo economico ed efficiente per settimane o mesi alla volta. Tale capacità è fondamentale per spostare la rete statunitense dai combustibili fossili che rilasciano gas serra alle energie rinnovabili. Il presidente Joe Biden si è posto l’obiettivo di dimezzare le emissioni di carbonio degli Stati Uniti entro il 2030, il che richiederà un notevole aumento dell’energia eolica, solare e di altre fonti di energia pulita, nonché di modi per immagazzinare l’energia che producono.

La maggior parte delle batterie convenzionali immagazzinano energia sotto forma di reazioni chimiche in attesa di verificarsi. Quando la batteria è collegata a un circuito esterno, gli elettroni viaggiano da un lato all'altro della batteria attraverso quel circuito, generando elettricità. Per compensare il cambiamento, le particelle cariche chiamate ioni si muovono attraverso il materiale fluido, pastoso o solido che separa i due lati della batteria. Ma anche quando la batteria non viene utilizzata, gli ioni si diffondono gradualmente attraverso questo materiale, chiamato elettrolita. Poiché ciò accade nell'arco di settimane o mesi, la batteria perde energia. Alcune batterie ricaricabili possono perdere quasi un terzo della carica immagazzinata in un solo mese.

“Nella nostra batteria, abbiamo davvero cercato di fermare questa condizione di autoscarica”, afferma il ricercatore del PNNL Guosheng Li, che ha guidato il progetto. L'elettrolita è costituito da una soluzione salina che è solida a temperatura ambiente ma diventa liquida quando riscaldata a 180 gradi Celsius, circa la temperatura alla quale vengono cotti i biscotti. Quando l'elettrolita è solido, gli ioni vengono bloccati in posizione, impedendo l'autoscarica. Solo quando l'elettrolita si liquefa gli ioni possono fluire attraverso la batteria, permettendole di caricarsi o scaricarsi.

Creare una batteria in grado di resistere a cicli ripetuti di riscaldamento e raffreddamento non è un’impresa da poco. Le fluttuazioni di temperatura causano l’espansione e la contrazione della batteria e i ricercatori hanno dovuto identificare materiali resilienti in grado di tollerare questi cambiamenti. "Quello che abbiamo visto prima è molta ricerca attiva per assicurarci di non dover passare attraverso quel ciclo termico", afferma Vince Sprenkle, consulente strategico per lo stoccaggio di energia presso PNNL e coautore del nuovo articolo. "Stiamo dicendo: 'Vogliamo affrontarlo e vogliamo essere in grado di sopravvivere e usarlo come caratteristica chiave.'"

Il risultato è una batteria ricaricabile realizzata con materiali relativamente economici in grado di immagazzinare energia per lunghi periodi. "È un ottimo esempio di una promettente tecnologia di stoccaggio dell'energia a lungo termine", afferma Aurora Edington, direttrice politica dell'associazione dell'industria elettrica GridWise Alliance, che non è stata coinvolta in questa ricerca. “Penso che dobbiamo sostenere questi sforzi e vedere fino a che punto possiamo portarli verso la commercializzazione”.

La tecnologia potrebbe essere particolarmente utile in un luogo come l’Alaska, dove la luce solare estiva quasi costante coincide con tassi di consumo energetico relativamente bassi. Una batteria in grado di immagazzinare energia per mesi potrebbe consentire un’abbondante energia solare estiva per soddisfare il fabbisogno elettrico invernale. “Ciò che è così attraente nella batteria di gelo-disgelo è la capacità di spostamento stagionale”, afferma Rob Roys, responsabile dell’innovazione presso Launch Alaska, un’organizzazione no-profit che lavora per accelerare l’implementazione delle tecnologie climatiche nello stato. Roys spera di pilotare la batteria PNNL in una zona remota del suo stato.