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Celle agli ioni di sodio per lo stoccaggio di energia a basso costo
Un nuovo tipo di batteria agli ioni di sodio potrebbe rivelarsi un'opzione pratica per immagazzinare energia da parchi eolici e solari, afferma Jay Whitacre , professore di scienza e ingegneria dei materiali alla Carnegie Mellon University. La startup di Whitacre, 44 Tech, con sede a Pittsburgh, in Pennsylvania, riceverà $ 5 milioni dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, come parte del Recovery Act del 2009, per sviluppare la tecnologia. Il finanziamento, annunciato la scorsa settimana, fa parte di un pacchetto da 620 milioni di dollari per il miglioramento della rete elettrica.
Le batterie della startup potrebbero essere non solo più economiche ma anche più durature rispetto alle batterie esistenti, afferma Whitacre. Ciò li renderebbe particolarmente utili per immagazzinare grandi quantità di elettricità a basso costo, qualcosa che sarà essenziale per rendere l'energia rinnovabile la fonte primaria di energia negli Stati Uniti, piuttosto che solo la fonte supplementare che è ora. Tale accumulo renderà pratico immagazzinare energia da turbine eoliche e parchi solari per l'uso quando il vento non soffia e il sole non splende.
Le celle agli ioni di sodio di Whitacre sono simili in qualche modo alle celle agli ioni di litio, il tipo utilizzato nell'elettronica portatile e in alcuni veicoli elettrici. In entrambi i tipi di celle, gli ioni vengono trasportati tra gli elettrodi positivo e negativo della batteria durante la carica e la scarica, con un elettrolita che funge da mezzo per spostare quegli ioni. Ma poiché il sodio è di ordini di grandezza più abbondante del litio, è più economico da usare. Per rendere le celle ancora più economiche, Whitacre prevede di farle funzionare a tensioni più basse, in modo che gli elettroliti a base d'acqua possano essere utilizzati al posto degli elettroliti organici. Ciò dovrebbe ridurre ulteriormente i costi di produzione, poiché gli elettroliti a base d'acqua sono più facili da lavorare.
Il passaggio agli elettroliti a base d'acqua potrebbe anche consentire di eliminare gran parte del materiale di supporto necessario nelle celle agli ioni di litio convenzionali, riducendo nuovamente i costi. Questo perché aumentando la conduttività ionica è possibile utilizzare elettrodi più spessi con meno strati di materiali separatori e raccoglitori di corrente all'interno della cella.
In linea di principio, un sistema agli ioni di sodio può essere a basso costo e con elettroliti acquosi potrebbe essere davvero a basso costo, afferma Jeff Dahn , professore di fisica e chimica alla Dalhousie University in Nuova Scozia, Canada.
I ricercatori hanno esaminato le batterie agli ioni di sodio in passato, anche se in genere hanno utilizzato alti voltaggi ed elettroliti organici. L'utilizzo di voltaggi più bassi riduce la quantità di energia che le batterie possono immagazzinare, un problema per i veicoli elettrici, dove spazio e peso sono limitati. Ma per le applicazioni stazionarie come lo stoccaggio di energia rinnovabile, è tutta una questione di costi, afferma Whitacre.
Dahn sostiene che le celle agli ioni di sodio non dovrebbero essere sviluppate solo per lo stoccaggio di elettricità su larga scala. Le batterie agli ioni di sodio ad alto voltaggio potrebbero eventualmente rivelarsi una soluzione molto migliore rispetto alle batterie agli ioni di litio per i veicoli elettrici, afferma. Finora, tuttavia, sono state fatte pochissime ricerche su di esse relative alle batterie agli ioni di litio. I fattori che hanno tenuto lontani i ricercatori, come le grandi dimensioni degli ioni sodio e l'effetto che questo ha sulla quantità di energia che le batterie potrebbero fornire, sono stati affrontati dai recenti progressi nella produzione di materiali. L'abbondanza di sodio potrebbe anche rendere queste batterie estremamente attraenti. È sorprendentemente più abbondante del litio, dice Dahn. Penso che sia qualcosa su cui è davvero importante lavorare per andare avanti. Spero che [il] DOE finanzi anche il lavoro non acquoso.
Finora, il lavoro di Whitacre è in una fase iniziale. Ha dimostrato piccole celle della batteria in laboratorio e ha archiviato per un brevetto che copre la tecnologia. Non ha rivelato quali materiali utilizzerà per gli elettrodi e l'elettrolita, ed è troppo presto per fornire cifre specifiche sui costi, afferma. I prossimi passi includono la realizzazione di prototipi di batterie più grandi. Parte del premio di 5 milioni di dollari andrà a Carnegie Mellon per la ricerca fondamentale.