La mini batteria a flusso accelera la ricerca sull'accumulo di energia
La batteria a flusso minuscolo offre enormi vantaggi e riduce i tempi, i costi e le risorse necessarie per testare nuovi materiali per batterie
A volte, per realizzare grandi cose, bisogna iniziare in piccolo. È esattamente quello che hanno fatto i ricercatori del Pacific Northwest National Laboratory del Dipartimento dell'Energia con la loro ultima innovazione nel campo dell'accumulo di energia.
Il ricercatore del PNNL sulle batterie a flusso Ruozhu Feng lavora su un dispositivo standard di batteria a flusso su scala di laboratorio.
Andrea Starr | Pacific Northwest National Laboratory
Con l'obiettivo di ridurre i tempi di scoperta di nuove tecnologie di stoccaggio dell'energia di rete, il team ha sviluppato un sistema di test per batterie a flusso compatto e altamente efficiente che richiede un ordine di grandezza inferiore di materiale di partenza, pur fornendo risultati equivalenti ai sistemi di test standard su scala di laboratorio. Il progetto della nuova mini-cella a flusso e la validazione sperimentale sono descritti in un articolo pubblicato sul Journal of The Electrochemical Society. La mini-cella a flusso di nuova concezione è molto simile alla struttura interna di una cella a flusso convenzionale, ma con dimensioni ridotte di 5 volte. Nonostante le dimensioni ridotte, la mini cella a flusso ha prestazioni paragonabili a quelle della sua controparte più grande.
La mini batteria a flusso dà grandi risultati
"Questo rapporto è un primo passo che dimostra che il ridimensionamento del nostro sistema sperimentale funziona", ha dichiarato lo scienziato dei materiali e ricercatore di batterie a flusso Ruozhu Feng, uno degli autori principali dello studio. "Il nostro obiettivo finale è portare la potenza dell'intelligenza artificiale e della robotica in questo processo per automatizzare e accelerare la sperimentazione di nuovi progetti di batterie a flusso".
Riducendo la quantità di materiale necessario e accelerando il processo di validazione, questa tecnologia potrebbe contribuire a promuovere soluzioni di energia rinnovabile. I ricercatori ritengono inoltre che questo approccio miniaturizzato renderà più facile sperimentare una gamma più ampia di serie di test chimici.
"Attualmente, quando identifichiamo una nuova formula di batteria promettente, dobbiamo preparare molto materiale e questo richiede molto tempo", ha detto Feng. Con questo metodo di mini-cella a flusso, possiamo scoprire se un nuovo materiale proposto funziona con una quantità minima - milligrammi".
Il progetto della mini-cella a flusso è destinato ai laboratori di ricerca che si concentrano sullo screening e sullo sviluppo rapido di nuovi materiali per batterie. Nel loro studio, il team ha dimostrato che la nuova mini-cella a flusso è adatta per una rapida convalida della stabilità dei materiali. I test rigorosi condotti su un'ampia gamma di materiali chimici e concentrazioni hanno rafforzato la fiducia dei ricercatori nel nuovo sistema miniaturizzato. Tuttavia, il team sottolinea che il sistema richiede materiali di partenza altamente purificati e privi di impurità che potrebbero altrimenti intasare gli stretti canali e tubi.
Il team di ricerca ha richiesto la protezione del brevetto statunitense per il nuovo design della batteria. Se desiderate saperne di più sulle opportunità di collaborazione o di licenza relative alla nuova tecnologia, contattate il nostro team di commercializzazione.
Un lavoro di squadra
Secondo Soowhan Kim, ricercatore principale e progettista della mini cella a flusso, la chiave del successo è stata la decennale esperienza del team nello sviluppo di celle per batterie a flusso, nell'ingegneria, nella lavorazione e nella chimica. Ad esempio, l'esperto di strumentazione e controllo del sistema del PNNL, Andrey Liyu, ha utilizzato la sua esperienza in ingegneria meccanica e microfluidica per realizzare il ridimensionamento senza sacrificare la precisione.
"Dalle piccole celle alle grandi pile, siamo in grado di gestire tutte le scale di progettazione e di sperimentazione delle batterie a flusso", ha dichiarato Kim, ricercatore senior presso il Grid Storage Launchpad del PNNL. "Quando aggiungiamo la nostra competenza nel calcolo e la nostra esperienza nella chimica analitica, possiamo unire le forze per sviluppare la mini cella a flusso. Speriamo di renderla disponibile a tutti i ricercatori interessati".
Che cos'è una batteria a flusso?
Come suggerisce il nome, le batterie a flusso sono costituite da due camere, ciascuna riempita con un liquido diverso. Le batterie sono caricate da una reazione elettrochimica e immagazzinano l'energia in legami chimici. Quando sono collegate a un circuito esterno, rilasciano l'energia e possono così far funzionare i dispositivi elettrici. Le batterie di flusso sono una tecnologia chiave: immagazzinano l'energia proveniente da fonti intermittenti, come l'energia eolica e idroelettrica, per poi rilasciarla per applicazioni a livello di rete quando necessario. A differenza delle batterie convenzionali, le batterie a flusso utilizzano elettroliti liquidi che vengono immagazzinati in serbatoi esterni e consentono di scalare in modo flessibile la capacità energetica.
Perché sono necessari nuovi concetti di batterie a flusso?
Per rendere i sistemi di batterie a flusso utilizzabili su larga scala, i ricercatori sono alla ricerca di nuove combinazioni chimiche e di materiali che superino i limiti dei sistemi esistenti. Queste limitazioni includono il costo elevato dei materiali, la bassa densità di potenza e il desiderio di reperire i materiali negli Stati Uniti.
Come vengono scoperte le nuove batterie a flusso?
Finora, la scoperta di nuovi materiali per le batterie a flusso è stata un processo minuzioso di tentativi ed errori, che spesso richiedeva la sintesi di composti organici su scala di grammo, test approfonditi e un notevole investimento di tempo. Questo nuovo progetto di cella miniaturizzata, che ha le dimensioni di una carta da gioco, utilizza l'equivalente di pochi granelli di sabbia, riducendo drasticamente il tempo e le risorse necessarie per ogni test, pur ottenendo risultati affidabili.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Tedesco può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Altre notizie dal dipartimento scienza
