Nuove batterie a lunga durata, più veloci, efficienti e meno costose: saranno il futuro dell’accumulo?

Le soluzioni tecnologiche per supportare la transizione ecologica ed energetica ci sono e vengono continuamente sviluppate e ottimizzate. Come nel caso delle batterie a flusso redox di vanadio, migliorate con la soluzione proposta da flow-nano.

 

Per il pieno sviluppo delle energie rinnovabili solari ed eoliche – che per definizione sono energie intermittenti, ovvero non hanno continuità e necessitano di sistemi di accumulo – servono tecnologie efficienti di stoccaggio, che permettano ricariche veloci, che garantiscano sicurezza e costi sostenibili.

 

Le batterie a flusso redox di vanadio (Vanadium Redox Flow Batteries – Vrfb) per esempio, possono già oggi consentire l’accumulo di grandi quantità di energia e hanno una durata illimitata, ma sono ancora costose.

 

In una batteria a flusso di vanadio gli elettrodi svolgono un ruolo critico per la reazione elettrochimica che avviene durante la carica e lo scarica della batteria. Questi elementi devono infatti fornire una superficie reattiva sufficiente per permettere il trasferimento degli elettroni tra gli ioni di vanadio e il circuito esterno.

 

Devono essere stabili, resistenti alla corrosione e in grado di mantenere una buona conduzione elettrica nel tempo.È su questo punto che ha lavorato l’italiana X-nano, azienda di nanotecnologie per la transizione energetica, che ha fondato flow-nano per lo sviluppo di Vanadís Solution, progettata per superare l’elevato costo energetico derivante dall’uso di elettrodi non ottimizzati.

 

Le batterie a flusso redox di vanadio utilizzano infatti un elettrolita contenente vanadio in diversi stati di ossidazione per immagazzinare l’energia e funzionano attraverso due celle elettrochimiche separate, chiamate cella di riduzione e cella di ossidazione.

 

Gli elettrodi – uno di vanadio positivo e uno negativo – sono immersi in una soluzione elettrolitica di vanadio, che consente il flusso di ioni di vanadio attraverso una membrana porosa.

 

Il loro principale vantaggio è che l’energia immagazzinata non dipende direttamente dalla capacità delle celle, ma dal volume dell’elettrolita, consentendo un’espansione flessibile della capacità di stoccaggio.

 

L’elettrolita viene immagazzinato in serbatoi separati dalle celle elettrochimiche e questo permette alle batterie di essere ricaricate rapidamente, sostituendo l’elettrolita scarico con uno nuovo.

 

Tuttavia sono batterie più complesse rispetto alle tradizionali batterie al piombo o agli ioni di litio e con un costo relativamente elevato. Queste batterie sono considerate promettenti per l’accumulo a lungo termine di energia rinnovabile, poiché offrono una maggiore durata, una buona scalabilità e una maggiore sicurezza rispetto ad altre tecnologie di accumulo energetico.

 

In una batteria a flusso redox al vanadio, la velocità di reazione dell’elettrodo è il parametro operativo chiave per valutarne la convenienza. Maggiore è la velocità di reazione, più potenza può essere estratta e più energia può essere immagazzinata dalla batteria.

 

La soluzione progettata da flow-nano risponde a queste esigenze consentendo una elevata efficienza energetica (>80% a 300 mA cm-2 di densità di corrente), un ampio utilizzo dell’elettrolita (>70% a 300 mA cm-2 di densità di corrente) e una lunga durata (<0,004% di riduzione dell’efficienza energetica per ciclo su test a lungo termine).

 

“Gli elettrodi nanostrutturati alla base della Vanadís Solution di flow-nano sono il frutto di diversi anni di ricerca presso il Center for Nano Science and Technology dell’Istituto Italiano di Tecnologia.

 

Controllando come atomi di carbonio si organizzano alla nanoscala su elettrodi commerciali per batterie redox a flusso di vanadio, siamo riusciti ad aumentare la loro attività elettrocatalitica e quindi le prestazioni della batteria, mantenendo un’adeguata stabilità nel tempo.

 

Flow-nano svilupperà il processo industriale di produzione di questi elettrodi sfruttando la tecnologia di deposizione di nanomateriali funzionali, mediante getti supersonici attivati da plasma, detta PE-NanoJed (plasma enhanced nanoparticle jet deposition), ora di proprietà di X-nano” ha spiegato Fabio Di Fonzo, presidente e Cso/Cto di flow-nano e di X-nano.

 

Flow-nano è una società interamente controllata da X-nano, azienda che nasce come startup dell’Iit per lo sviluppo di applicazioni di nanotecnologie per abilitare la transizione energetica.

 

Paolo Galli