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

📡 La costante ricerca di miglioramenti nella tecnologia di accumulo di energia ha portato a innovazioni affascinanti, tra cui i sistemi di accumulo ibridi. Questi sistemi all'avanguardia combinano diverse tecnologie di accumulo per compensare gli svantaggi di ciascuna e sfruttarne al meglio i vantaggi. Un esempio lampante è l'accoppiamento di batterie agli ioni di litio e supercondensatori. Il Fraunhofer Institute for Energy Economics and Energy System Technology (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 ibrido di accumulo di energia che integra batterie agli ioni di litio e supercondensatori (supercap) 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 tempi estremamente brevi. Questo rapido processo di carica e scarica non comporta tuttavia un invecchiamento significativo, poiché la corrente non è limitata da processi elettrochimici, ma dalla capacità fisica di accumulo. Al contrario, i supercondensatori hanno una bassa densità energetica, il che significa che non possono immagazzinare grandi quantità di energia contemporaneamente.

Le batterie agli ioni di litio, d'altra parte, offrono un'elevata densità energetica e possono quindi immagazzinare grandi quantità di energia, ma sono sensibili ai picchi di corrente elevati, che possono portare a una maggiore usura e a una durata ridotta. Queste batterie non sono quindi adatte ad applicazioni con frequenti e intense variazioni di carico, come nei veicoli elettrici o nelle macchine edili. È qui che entrano in gioco i supercondensatori. Possono assorbire i picchi di carico senza stressare la batteria, con conseguente utilizzo più uniforme e delicato della stessa.

🔎 Il progetto di ricerca SukoBa e BaSiS

Il progetto "SukoBa" ha sviluppato un ambiente di simulazione chiamato BaSiS – Battery Simulation Studio – che mira a ottimizzare l'interazione dei componenti nei sistemi ibridi di accumulo di energia. Il cuore di questa tecnologia è un modello di degrado che fornisce previsioni precise sull'invecchiamento della batteria quando utilizzata in combinazione con i supercondensatori. Grazie al software BaSiS, ricercatori e ingegneri possono ora simulare diverse configurazioni e scenari operativi e analizzarne l'impatto sull'invecchiamento della batteria.

BaSiS aiuta ad adattare le condizioni operative e gli algoritmi di controllo della batteria per ottenere la massima durata al minimo costo. Questa flessibilità è particolarmente preziosa perché consente la rapida integrazione e sperimentazione di nuove tendenze e tecnologie nella ricerca su batterie e supercondensatori.

💡 Vantaggi pratici dei sistemi di storage ibridi

I sistemi di accumulo di energia ibridi offrono una moltitudine di vantaggi che vanno ben oltre gli aspetti tecnici di base. Consentono un utilizzo più efficiente dell'energia nei veicoli elettrici, nelle attrezzature edili e negli accumulatori di energia fissi. Un vantaggio fondamentale è la maggiore durata della batteria. Alleviando il carico durante i picchi di carico, si riduce lo stress termico all'interno della batteria, con conseguente minore usura e quindi una maggiore durata. Questo, a sua volta, riduce i costi complessivi, poiché le batterie di ricambio devono essere acquistate e installate meno frequentemente.

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 che richiedono correnti elevate e rapide, come l'avviamento di motori elettrici o il recupero dell'energia di frenata (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 significativo sul piano economico e ambientale. L'estensione della durata di vita delle batterie riduce i costi, favorendo 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 di energia più efficienti e duraturi contribuiscono a bilanciare le fluttuazioni dell'approvvigionamento energetico, un aspetto fondamentale per l'integrazione dell'energia eolica e solare nella rete elettrica.

Da una prospettiva ecologica, una maggiore durata della batteria significa anche una riduzione dei rifiuti e dell'impatto ambientale derivanti 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, causa notevoli danni ambientali. Pertanto, una maggiore durata della batteria potrebbe anche portare a un minore consumo di risorse e a una maggiore sostenibilità.

🚀 Sviluppi e sfide future

Tuttavia, lo sviluppo e l'ottimizzazione continui dei sistemi di accumulo ibridi presentano anche delle sfide. Una di queste è la complessità dell'integrazione e del controllo del sistema. Sono necessarie ampie attività di ricerca e sviluppo per progettare algoritmi di controllo e flussi di energia efficienti in tali sistemi ibridi. Inoltre, i costi di produzione e integrazione dei supercondensatori devono essere ulteriormente ridotti per rendere queste tecnologie ancora più interessanti dal punto di vista economico.

Un altro ambito di ricerca è il miglioramento della scienza dei materiali per potenziare ulteriormente le prestazioni sia delle batterie che dei supercondensatori. Ciò include lo sviluppo di nuovi materiali per elettroliti ed elettrodi che offrano una maggiore densità energetica e migliori caratteristiche di carica e scarica.

🔚 Progressi nella tecnologia di accumulo di energia

I sistemi di accumulo di energia ibridi, che combinano batterie agli ioni di litio e supercondensatori, rappresentano un significativo progresso nella tecnologia di accumulo di energia. Sfruttando sapientemente i rispettivi punti di forza e minimizzando i punti deboli di entrambe le tecnologie, si ottiene una maggiore durata di vita dell'accumulo e un aumento dell'efficienza complessiva del sistema. Il Fraunhofer IEE ha fornito un contributo significativo con il progetto "SukoBa" e lo sviluppo del software BaSiS, offrendo vantaggi tecnici, economici e ambientali. Il futuro dei sistemi di accumulo di energia ibridi è promettente e svolgerà un ruolo cruciale nell'approvvigionamento e nell'utilizzo sostenibile dell'energia.

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