{"id":3751,"date":"2018-03-26T12:41:56","date_gmt":"2018-03-26T10:41:56","guid":{"rendered":"http:\/\/ledspadova.eu\/?p=3751"},"modified":"2021-02-17T12:42:15","modified_gmt":"2021-02-17T11:42:15","slug":"batteria-a-flusso-padova","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.ledspadova.eu\/en\/2018\/03\/batteria-a-flusso-padova\/","title":{"rendered":"A redox flow battery at the University of Padova"},"content":{"rendered":"

Sorry, this entry is only available in Italian<\/a>.<\/p>

<\/p>\n

Non si pu\u00f2 immaginare un futuro sostenibile senza energy storage. La lotta al cambiamento climatico e la riduzione delle emissioni inquinanti, obiettivi sottoscritti a Parigi<\/a> da 195 nazioni, presuppongono una rapida transizione verso fonti di energia rinnovabile e sostenibile. Fonti come l’eolico e il fotovoltaico, che per\u00f2, per loro stessa natura, sono intermittenti e difficilmente programmabili, poich\u00e9 dipendenti dalla disponibilit\u00e0 locale di sole e vento, altamente variabile in funzione sia del tempo che dello spazio.<\/p>\n

\"\"<\/a>

Fonte: P. Alotto, M. Guarnieri, F. Moro – Redox flow batteries for the storage of renewable energy: A review<\/a>, 2013, Renewable and Sustainable Energy Reviews<\/p><\/div>\n

La trasformazione del comparto energetico non pu\u00f2 dunque limitarsi alla sola generazione rinnovabile, ma deve coinvolgere tutti i nodi della filiera, dal dispacciamento al mercato di vendita al dettaglio. Per poter far questo, l’accumulo energetico diventa fondamentale, tanto su grande quanto su piccola scala. Delle diverse tecnologie di accumulo<\/a> disponibili oggi sul mercato, solo quelle basate sulla conversione elettrochimica sembrano adatte a fornire quei servizi necessari al corretto dispacciamento delle fonti rinnovabili: time shifting<\/em>, peak shaving<\/em>, massimizzazione dell’autoconsumo, controllo della power quality<\/em>, etc.<\/p>\n

Se, da un lato, per le applicazioni domestiche e automotive la chimica vincente sembra essere quella tradizionale degli ioni di Litio<\/a>, dall’altro per l’accumulo in rete sono in fase di sperimentazione nuove tecnologie<\/a> con caratteristiche molto diverse. Una di queste \u00e8 costituita dalla famiglia delle batterie a flusso, una particolare forma di accumulo elettrochimico che rappresenta una sorta di ibrido tra una batteria convenzionale e una fuel cell<\/em>. Le pi\u00f9 studiate sono le cosiddette Redox Flow Batteries (RFB).<\/p>\n

A differenza delle normali batterie ricaricabili (piombo-acido, litio-ioni, sodio zolfo, ecc.), nelle RFB le specie chimiche attive si trovano direttamente in soluzione nel liquido elettrolita (e.g. acido solforico): l’accumulo energetico vero e proprio \u00e8 realizzato per mezzo di due serbatoi, contenenti, rispettivamente, l’anolita (in cui \u00e8 dissolta la specie che ossida) e il catolita (in cui si trova la specie che si riduce). I due fluidi vengono pompati attraverso il c.d. stack<\/em> (il reattore, cuore della cella), in cui avviene la reazione redox e le due soluzioni scambiano ioni attraverso una membrana semipermeabile.<\/p>\n

Ad utilizzare questo meccanismo sono le batterie redox al Vanadio (VRB), attualmente oggetto di studio proprio all’Universit\u00e0 di Padova, presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale. Questa tecnologia \u00e8 particolarmente interessante per l’accumulo stazionario energy intensive e comincia gi\u00e0 a trovare spazio in alcune installazioni commerciali<\/a>, oltre che sperimentali<\/a>.<\/p>\n

\"\"<\/a>

Fonte: http:\/\/www.australianvanadium.com.au\/vanadium-batteries\/<\/a><\/em><\/p><\/div>\n

I vantaggi intrinseci che questa tecnologia presenta sono innegabili. Per cominciare, impiega una sola specie chimica elettroattiva, il Vanadio. Il Vanadio<\/a> \u00e8 un metallo raro, ampiamente utilizzato<\/a> nell’industria siderurgica per la produzione di acciai basso-legati inossidabili, ed \u00e8 in grado di assumere quattro diversi stati di ossidazione quando il suo composto pi\u00f9 comune, il pentossido di Vanadio (V2<\/sub><\/span>O5<\/sub><\/span>), \u00e8 posto in soluzione nell’acido solforico (H2<\/sub><\/span>SO4<\/sub><\/span>). Ci\u00f2 significa che il Vanadio \u00e8 l’unico elemento attivo coinvolto nella reazione (reversibile) di ossido-riduzione, che avviene a temperatura ambiente e che \u00e8 descritta dall’equazione:<\/p>\n

\n
\n

V<\/span>2<\/span>+ <\/span><\/sup><\/span>+ <\/span>VO<\/span>2<\/span><\/sub>+<\/span><\/sup> +<\/span><\/span> <\/span>2<\/span>H<\/span>+  <\/span><\/sup><\/span>\u21c4  <\/span>VO<\/span>2<\/span>+ <\/span><\/sup><\/span>+ <\/span>V<\/span>3<\/span>+ <\/span><\/sup><\/span>+ <\/span>H<\/span>2<\/span><\/sub><\/span>O<\/span><\/p>\n<\/div>\n

\n

VO<\/em>2<\/sub>+<\/sup><\/em> e VO2+<\/sup><\/span><\/em> sono ioni che il Vanadio forma quando assume i numeri di ossidazione, rispettivamente, +5<\/em> e +4<\/em><\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/div>\n

Per questo motivo risultano assenti, o trascurabili, fenomeni di corrosione\/elettrodeposizione sugli elettrodi o di contaminazione incrociata tra gli elettroliti. Gli ioni metallici non vengono consumati durante la reazione, ma cambiano semplicemente il loro stato di ossidazione, in un processo reversibile anche a fronte di scariche profonde. Inoltre, la batteria \u00e8 in grado di mantenere la sua carica per lunghissimi periodi, poich\u00e9 gli elettroliti vengono stoccati in serbatoi separati. Tutto questo, assieme al fatto che non vi sono gas tra i prodotti di reazione, migliora notevolmente le prestazioni del sistema rispetto alle soluzione concorrenti (comprese le fuel cells<\/em>), in termini sia di sicurezza, sia di longevit\u00e0 (si parla di un numero di cicli carica-scarica di un ordine di grandezza superiore rispetto alle chimiche tradizionali). 
\n <\/p>\n

\"\"<\/a>

Confronto tra diverse tecnologie di accumulo elettrochimico. Fonte: Sizing of VRB in electrified heavy construction equipment<\/a> – N. Zimmermann (2014)<\/em><\/p><\/div>\n

Ma la caratteristica senza dubbio pi\u00f9 interessante riguarda la possibilit\u00e0 di disaccoppiare il dimensionamento in potenza da quello in energia: se infatti la potenza erogabile \u00e8 determinata grosso modo dal numero di celle nello stack<\/em>, la capacit\u00e0 di storage dipende essenzialmente dal volume di elettrolita impiegato. \u00c8 dunque virtualmente possibile aumentare a piacere la capacit\u00e0 di accumulo del sistema (fino a circa 100 MWh), semplicemente incrementando il numero di serbatoi connessi all’impianto di pompaggio. Questa particolarit\u00e0 conferisce alla batteria propriet\u00e0 modulari e la rende estremamente competitiva per l’accumulo di lungo periodo, tradizionalmente affidato al pompaggio idroelettrico (PHES).
\nNonostante tutte le potenzialit\u00e0, la ricerca sulla VBR non pu\u00f2 ancora fermarsi. I principali obiettivi sono:<\/p>\n