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IMMAGAZZINARE ENERGIA: GLI ACCUMULATORI ELETTROCHIMICI Prof. Nerino Penazzi.

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Presentazione sul tema: "IMMAGAZZINARE ENERGIA: GLI ACCUMULATORI ELETTROCHIMICI Prof. Nerino Penazzi."— Transcript della presentazione:

1 IMMAGAZZINARE ENERGIA: GLI ACCUMULATORI ELETTROCHIMICI Prof. Nerino Penazzi

2 Cosa è un accumulatore Cominciamo dalla pila Consideriamo un circuito elettrico costituito da : Elettrodo anodo Elettrodo catodo Elettrolita Utilizzatore Allanodo avviene una reazione SPONTANEA che spinge fuori elettroni; Al catodo avviene una reazione SPONTANEA che attrae elettroni; Lelettrolita serve a traghettare specie cariche (ioni) da un elettrodo allaltro per chiudere il circuito Lutilizzatore sfrutta il lavoro elettrico generato dagli elettroni che si muovono SPONTANEAMENTE I elettr I ionica cationi anioni reazione anodica reazione catodica elettrolita utilizzatore

3 Reazione elettrochimica: R => P Reazione elettrochimica: R => P spontanea R P Ie Se la reazione non è ricostituibile Pila propriamente detta o generatore primario + - R P Ie Se la reazione è ricostituibile accumulatore scarica R P Ie carica --++

4 Più accumulatori in serie: BATTERIA

5 E Circuito aperto E = tensione reversibile (forza elettromotrice) Circuito chiuso V(I) = tensione sotto carico Passaggio di corrente elettrica Flusso degli elettroni V V è minore di E e dipende dalla intensità di corrente I Comportamento dellaccumulatore Tensione: Tensione: energia che un elettrone trasferisce sotto forma di lavoro elettrico allutilizzatore quando viene spostato un elettrone Corrente: Corrente: numero di elettroni che, nellunità di tempo entrano ed escono dallutilizzatore

6 Capacità: Capacità: quantità di elettricità, espressa in Ah, che la batteria è in grado di erogare durante la scarica a corrente costante. Indica quanta carica (n. di elettroni) è versata nellutilizzatore a circuito chiuso. Più velocemente la verso (maggiore è la I) più ne spando in giro cioè meno ne va nellutilizzatore Energia specifica: Energia specifica: lenergia erogata dal generatore riferita allunità di massa o di volume dello stesso. Usualmente viene data in Wh/kg o in Wh/L. Quanta energia può essere trasferita come lavoro elettrico per far funzionare lutilizzatore Dipende dalla quantità di carica (n. di elettroni) e da V Potenza specifica: Potenza specifica: energia erogata in un certo tempo riferita alla massa o al volume dello stesso. Viene espressa in W/kg o in W/L. Indica quanta energia può essere trasferita come lavoro elettrico istantaneamente. Più è alta I e maggiore è V più la potenza è grande

7 Carica: Carica: il processo con il quale riempio la cella di cariche (elettroni) Scarica: Scarica: il processo con il quale uso le cariche accumulate per far funzionare lutilizzatore X scarica carica X X X

8 Capacità specifica (mAh/g) Numero di cicli Durata ai cicli

9 tensione (V) en. spec. (Wh/kg) densit à di en. (Wh/L) costo/kWh numero di cicli al piombo VRLA Ni/Cd Ni/MH A ioni di litio Gli accumulatori oggi (quasi tutti)

10 SANYO pila al litio PilaLi-ioduro Accumulatore a ioni di litio a ioni di litio SONY: Cella a ioni di litio a spirale SONY: Cella a ioni di litio Con elettrolita polimerico Una storia speciale: laccumulatore al litio Litio: metallo leggero (0.5 g/cm 3 ), molto reattivo, E = 3.05 V)

11 laccumulatore al litio ELETTRONICA CONSUMER IL VEICOLO ELETTRICO Requisiti per un accumulatore da trazione elettrica: materiali a basso costo materiali a basso costo disponibili in grandi quantità disponibili in grandi quantità non inquinanti non inquinanti processi industriali a bassa tecnologia processi industriali a bassa tecnologia alto livello di sicurezza alto livello di sicurezza

12

13 13/77 Li + Generator (Charge) e-e-e-e- e-e-e-e- Graphite anode Cathode Rocking chair mechanism

14 14ILED 2012 POLITECNICO DI TORINO

15 Accumulatore a ioni di litio grafite LiFePO 4 elettrolita

16 Accumulatore a ioni di litio CARICA

17 FINE CARICA SCARICA

18 SCARICA

19 SCARICA

20 A cosa servono gli accumulatori al litio Veicoli a trazione elettrica Immagazzinamento di energia elettrica da fonti di energia aleatorie

21 Veicolo elettrico puro ( solo motore elettrico)

22 Non risolve completamente il problema dellinquinamento. Non risolve completamente il problema dellinquinamento. Risponde ai seguenti scopi: Risponde ai seguenti scopi: Ridurre consumo di carburante e lemissione di CO 2 mantenendo prestazioni e comfort di unauto convenzionale Ridurre consumo di carburante e lemissione di CO 2 mantenendo prestazioni e comfort di unauto convenzionale Migliorare le prestazioni con una certa riduzione del consumo di carburante Migliorare le prestazioni con una certa riduzione del consumo di carburante Rendere massime le prestazioni dellautoveicolo con lo stesso consumo di carburante Rendere massime le prestazioni dellautoveicolo con lo stesso consumo di carburante Veicolo elettrico ibrido (motore elettrico-motore a combustione interna)

23 Immagazzinamento di energia elettrica SORGENTI RINNOVABILI MA ALEATORIE gli accumulatori gli accumulatori accumulo di energia prodotta quando non viene usata o usata parzialmente accumulo di energia prodotta quando non viene usata o usata parzialmente fornitura di energia nei momenti in cui è necessaria e non viene prodotta fornitura di energia nei momenti in cui è necessaria e non viene prodotta (20-30 % presenza in rete) FOTOVOLTAICO EOLICO

24 La batteria: immagazzinatore diretto di energia elettrica cè spazio per un miglioramento delle prestazioni (cella a ioni di Litio) la gestione sicura è un aspetto critico alto costo Importanza crescente: veicolo elettrico veicolo elettrico unico realmente non inquinante (alto costo) stabilizzazione reti elettriche in presenza di fotovoltaico e solare, passo obbligato per lo sviluppo delle sorgenti rinnovabili In conclusione quando soffia il vento del cambiamento, cè chi costruisce mura e chi costruisce mulini a vento


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