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Una scoperta accidentale da parte dei ricercatori del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) del Dipartimento dell’Energia ha portato allo sviluppo della batteria a flusso di nuova generazione che può stabilire nuovi record nello stoccaggio di energia su larga scala, come riferisce TechXplore .
Le batterie a flusso sono un metodo alternativo di accumulo di energia in cui vengono utilizzati due elettroliti liquidi separati da una membrana. A differenza delle batterie a stato solido che oggigiorno fanno notizia, le batterie a flusso hanno due serbatoi esterni di elettroliti liquidi e possono essere ridimensionate fino alle dimensioni dei campi da calcio per immagazzinare grandi quantità di energia.
Con il mondo che si rivolge alle fonti rinnovabili per soddisfare la propria domanda di energia, c’è anche bisogno di gigantesche soluzioni di accumulo di energia per supportare la rete quando i pannelli solari o le turbine eoliche non generano energia. Le batterie a flusso possono offrire opzioni di accumulo di energia a basso costo e non necessitano di minerali rari.
La scoperta accidentale
Due anni fa, il team di ricerca del PNNL ha scoperto che un composto naturale chiamato fluorenone potrebbe migliorare la capacità di accumulo di energia delle batterie a flusso. Il team ha presto scoperto che l’uso del Fluorenone ha un impatto sul processo di immagazzinamento dell’energia poiché è molto più lento rispetto ai metodi disponibili in commercio.
Il team stava cercando un modo per dissolvere il fluorenolo, un derivato alcolico del fluorenone, nel loro elettrolita a base acquosa e ha scoperto che si poteva usare lo zucchero semplice chiamato β-ciclodestrina. Quando il team ha utilizzato lo zucchero nell’elettrolito, ha anche scoperto che l’aggiunta aumentava la longevità e la capacità della batteria.
I ricercatori hanno quindi ulteriormente sperimentato il rapporto tra le sostanze chimiche nell’elettrolita fino a ottenere un aumento del 60% della potenza di picco. Ancora più importante, il team ha anche scoperto che l’aggiunta di zucchero ha ridotto al minimo la perdita di capacità tipica delle normali batterie.
La batteria è stata mantenuta operativa per periodi prolungati per oltre un anno, durante i quali si è caricata e scaricata in più occasioni. Oltre ad aumentare il ritmo della reazione elettrochimica, la β-ciclodestrina nella soluzione ha garantito una perdita minima della capacità di immagazzinamento.
Vantaggi delle batterie a flusso
La β-ciclodestrina è un derivato dell’amido ed è naturalmente disponibile sul pianeta. Le enormi quantità di zucchero richieste se le batterie di flusso venissero utilizzate su larga scala, non richiederanno di scavare nuove miniere.
Inoltre, contribuirà a creare una soluzione di accumulo di energia a basso costo che non utilizza sostanze chimiche tossiche. Il vantaggio più significativo di questa scoperta è che aiuterà i ricercatori a implementare la batteria a flusso per molte applicazioni, dato che il suo rendimento ora è paragonabile alle soluzioni disponibili in commercio.
Le batterie a flusso sono una tecnologia altamente scalabile costruita da un modello da banco di laboratorio a uno che supporta la rete. Il team di ricerca sta anche cercando alternative alla β-ciclodestrina poiché lo zucchero rende l’elettrolita molto più denso e meno favorevole al flusso.
Tuttavia, i vantaggi dell’aggiunta superano ancora gli svantaggi. Oltre a brevettare la tecnologia, il team sta anche cercando di utilizzarla per lo storage a livello di rete.
I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Joule.
Abstract
Le batterie a flusso Redox hanno un’architettura unica che potenzialmente consente uno stoccaggio di energia di lunga durata conveniente per affrontare l’intermittenza introdotta dalla maggiore integrazione rinnovabile per la decarbonizzazione del settore dell’energia elettrica. L’ingegneria molecolare mirata ha dimostrato la reversibilità elettrochimica nelle molecole di chetoni nativamente redox-inattive negli elettroliti acquosi. Tuttavia, la cinetica delle batterie a flusso a base di fluorenone continua ad essere limitata dalla lenta ossidazione dell’alcool. Mostriamo come i regolatori di protoni progettati strategicamente possono accelerare l’ossidazione dell’alcool e quindi migliorare la cinetica della batteria. Le batterie a flusso a base di fluoronone con l’additivo organico β-ciclodestrina dimostrano una velocità migliorata, un’elevata capacità e un ciclo lungo.
