Sistemi di accumulo ibridi e soluzioni di accumulo: invecchiamento delle batterie: il percorso verso sistemi energetici più duraturi e previsioni affidabili

📡 La costante ricerca di miglioramenti nella tecnologia di accumulo dell'energia ha portato a innovazioni affascinanti, compresi i sistemi di accumulo ibridi. Questi sistemi pionieristici combinano diverse tecnologie di stoccaggio per compensare gli svantaggi di ciascuna tecnologia e sfruttarne in modo ottimale i vantaggi. Un esempio eccezionale è l’accoppiamento di batterie agli ioni di litio e supercondensatori. L’Istituto Fraunhofer per l’economia energetica e la tecnologia dei sistemi energetici IEE, in collaborazione con Skeleton Technologies e AVL, ha compiuto progressi significativi nella tecnologia di previsione dell’invecchiamento delle batterie nell’ambito del progetto di ricerca “SukoBa”, che potrebbe rivoluzionare l’applicazione dei sistemi di accumulo ibridi.

🔋 La sinergia tra batterie agli ioni di litio e supercondensatori

Un sistema di accumulo ibrido che integra sia batterie agli ioni di litio che supercondensatori sfrutta i punti di forza di entrambe le tecnologie mitigandone al contempo i punti deboli. I supercondensatori sono in grado di assorbire e rilasciare grandi quantità di energia in un periodo di tempo estremamente breve. Tuttavia, questa rapidità del processo di carica e scarica non porta ad un invecchiamento significativo perché le forze attuali non sono limitate dai processi elettrochimici, ma dalle capacità fisiche di accumulo. Al contrario, i supercondensatori hanno una bassa densità energetica, il che significa che non possono immagazzinare molta energia contemporaneamente.

Le batterie agli ioni di litio, invece, offrono un'elevata densità di energia e possono quindi immagazzinare grandi quantità di energia, ma sono sensibili ai picchi di corrente elevati, che possono portare ad una maggiore usura e ad una durata di vita ridotta. Queste batterie non sono quindi adatte per applicazioni in cui si verificano cambi di carico frequenti e intensivi, come nei veicoli elettrici o nelle macchine edili. È qui che entrano in gioco i supercondensatori. Possono assorbire i picchi di carico senza sovraccaricare la batteria, con il risultato di un utilizzo uniforme e più delicato della batteria.

🔎 Il progetto di ricerca SukoBa e BaSiS

Nel progetto “SukoBa” è stato sviluppato un ambiente di simulazione chiamato BaSiS – Battery Simulation Studio – che mira a ottimizzare l’interazione nei sistemi di accumulo ibridi. Al centro di questa tecnologia c’è un modello di degrado che fornisce previsioni precise sull’invecchiamento delle batterie quando utilizzate insieme ai supercondensatori. Grazie al software BaSiS, ricercatori e ingegneri possono ora eseguire varie configurazioni e scenari operativi e analizzarne gli effetti sull'invecchiamento della batteria.

BaSiS aiuta a regolare le condizioni operative della batteria e gli algoritmi di controllo per ottenere la massima durata di servizio al minimo costo. Questa flessibilità è particolarmente preziosa in quanto consente di integrare e testare rapidamente nuove tendenze e tecnologie nella ricerca su batterie e supercondensatori.

💡 Vantaggi dei sistemi di storage ibridi nella pratica

I sistemi di storage ibridi offrono una serie di vantaggi che vanno ben oltre gli aspetti tecnici di base. Consentono un utilizzo più efficiente dell’energia nei veicoli elettrici, nelle macchine edili e nello stoccaggio stazionario dell’energia. Un vantaggio fondamentale è la maggiore durata della batteria. Alleviando i picchi di carico, lo stress termico della batteria viene ridotto, con conseguente minore usura e quindi maggiore durata operativa. Ciò a sua volta riduce i costi complessivi poiché le batterie sostitutive devono essere acquistate e installate con minore frequenza.

Un altro vantaggio è il miglioramento delle prestazioni. I supercondensatori possono assorbire le variazioni di carico più rapidamente, con conseguente migliore reattività dell'intero sistema. Ciò è particolarmente importante in situazioni in cui sono richiesti livelli di corrente elevati e veloci, ad esempio quando si avviano motori elettrici o si recupera l'energia di frenatura (recupero).

🌍 L'importanza economica ed ecologica

Anche le tecnologie per migliorare l’invecchiamento delle batterie e l’efficienza dei sistemi di accumulo ibridi hanno un impatto economico e ambientale significativo. L’estensione della durata di vita delle batterie riduce i costi, portando a una più ampia accettazione e applicazione di queste tecnologie. Inoltre, le batterie svolgono un ruolo centrale nella transizione energetica verso le energie rinnovabili. Sistemi di accumulo dell’energia più efficienti e più duraturi aiutano ad attenuare le fluttuazioni nell’approvvigionamento energetico, il che è fondamentale per integrare l’energia eolica e solare nella rete elettrica.

Dal punto di vista ambientale, una maggiore durata della batteria significa anche una riduzione della produzione di rifiuti e dell’impatto ambientale derivante dalla produzione e dallo smaltimento delle batterie. L’estrazione di risorse come il litio e il cobalto, necessarie per la produzione di batterie agli ioni di litio, provoca un notevole impatto ambientale. Una maggiore durata della batteria potrebbe quindi portare anche a un minore consumo di risorse e a una migliore sostenibilità.

🚀 Sviluppi e sfide future

Tuttavia, il continuo sviluppo e ottimizzazione dei sistemi di storage ibridi pone anche delle sfide. Una di queste è la complessità dell’integrazione e del controllo del sistema. Sono necessarie attività di ricerca e sviluppo approfondite per rendere efficienti gli algoritmi di controllo e il flusso di energia in tali sistemi ibridi. Inoltre, i costi di produzione e integrazione dei supercondensatori devono essere ulteriormente ridotti per rendere queste tecnologie ancora più attraenti dal punto di vista economico.

Un altro campo di ricerca sta migliorando la scienza dei materiali per aumentare ulteriormente le prestazioni sia delle batterie che dei supercondensatori. Ciò include lo sviluppo di nuovi materiali per elettroliti ed elettrodi che offrono una maggiore densità di energia e migliori proprietà di carica e scarica.

🔚 Progressi nella tecnologia di accumulo dell'energia

I sistemi di accumulo ibridi che combinano batterie agli ioni di litio e supercondensatori rappresentano un progresso significativo nella tecnologia di accumulo dell’energia. Utilizzando abilmente i rispettivi punti di forza e minimizzando i punti deboli di entrambe le tecnologie, si ottiene una durata della memoria più lunga e l'efficienza complessiva del sistema aumenta. Con il progetto “SukoBa” e lo sviluppo del software BaSiS, il Fraunhofer IEE ha dato un contributo importante, che offre vantaggi tecnici, economici ed ecologici. Il futuro dei sistemi di stoccaggio ibridi è promettente e svolgerà un ruolo cruciale nell’approvvigionamento e nell’uso sostenibili dell’energia.

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