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PubblicatoEmiliana Grieco Modificato 10 anni fa
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IMMAGAZZINARE ENERGIA: GLI ACCUMULATORI ELETTROCHIMICI
Prof. Nerino Penazzi
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+ - catodo anodo Cosa è un accumulatore elettrolita
Cominciamo dalla pila Consideriamo un circuito elettrico costituito da : Elettrodo anodo Elettrodo catodo Elettrolita Utilizzatore All’anodo avviene una reazione SPONTANEA che “spinge” fuori elettroni; Al catodo avviene una reazione SPONTANEA che “attrae” elettroni; L’elettrolita serve a traghettare specie cariche (ioni) da un elettrodo all’altro per chiudere il circuito L’utilizzatore sfrutta il lavoro elettrico generato dagli elettroni che si muovono SPONTANEAMENTE anodo catodo + - Ielettr Iionica cationi anioni reazione anodica reazione catodica elettrolita utilizzatore
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Reazione elettrochimica: R => P spontanea
Ie Se la reazione non è ricostituibile → Pila propriamente detta o generatore primario + - R P Ie Se la reazione è ricostituibile→ accumulatore scarica carica - +
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Più accumulatori in serie: BATTERIA
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Passaggio di corrente elettrica
Comportamento dell’accumulatore Tensione: energia che un elettrone trasferisce sotto forma di lavoro elettrico all’utilizzatore quando viene spostato un elettrone Corrente: numero di elettroni che, nell’unità di tempo entrano ed escono dall’utilizzatore 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
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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” nell’utilizzatore a circuito chiuso. Più velocemente la verso (maggiore è la I) più “ne spando in giro” cioè meno ne va nell’utilizzatore Energia specifica: l’energia erogata dal generatore riferita all’unità 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 l’utilizzatore Dipende dalla quantità di carica (n. di elettroni) e da V 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
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X Scarica: il processo con il quale uso le cariche accumulate per far funzionare l’utilizzatore X scarica carica X Carica: il processo con il quale “riempio” la cella di cariche (elettroni)
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Capacità specifica (mAh/g)
Numero di cicli Durata ai cicli
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Gli accumulatori oggi (quasi tutti)
tensione (V) en. spec. (Wh/kg) densità di en. (Wh/L) costo/kWh numero di cicli al piombo VRLA 2.0 35 80 50 200 Ni/Cd 1.2 50 170 200 Ni/MH 1.2 90 330 200 A ioni di litio 3.7 165 330 500
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Una storia speciale: l’accumulatore al litio
Litio: metallo leggero (0.5 g/cm3), molto reattivo, E = 3.05 V) SANYO pila al litio Pila Li-ioduro Accumulatore a ioni di litio SONY: Cella a ioni di litio a spirale SONY: Cella Con elettrolita polimerico
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l’accumulatore al litio
ELETTRONICA CONSUMER IL VEICOLO ELETTRICO Requisiti per un accumulatore da trazione elettrica: materiali a basso costo disponibili in grandi quantità non inquinanti processi industriali a bassa tecnologia alto livello di sicurezza
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Cella a ioni di litio
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Cella a ioni di litio Cathode Graphite anode Rocking chair mechanism
Generator (Charge) Li+ Li+ Li+ Li+ Li+ Li+ Li+ Li+ Li+ Li+ Graphite anode Rocking chair mechanism
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ILED 2012 POLITECNICO DI TORINO
One-Shot Process to obtain Polymer Electrolyte Membranes Monomers RTILs LiTFSI photo-initiator Max 3 min Flexible Self standing Easy to handle Transparent 28 mWcm-2 Mixture exposed to UV light for 3 mins. No separate electrolyte synthesis step. 5 min ready to use membrane ILED POLITECNICO DI TORINO
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Accumulatore a ioni di litio
LiFePO4 grafite elettrolita
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Accumulatore a ioni di litio
CARICA
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Accumulatore a ioni di litio
CARICA SCARICA FINE
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Accumulatore a ioni di litio
SCARICA
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Accumulatore a ioni di litio
SCARICA
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A cosa servono gli accumulatori al litio
Veicoli a trazione elettrica Immagazzinamento di energia elettrica da fonti di energia aleatorie
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Veicolo elettrico puro ( solo motore elettrico)
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Veicolo elettrico ibrido
(motore elettrico-motore a combustione interna) Non risolve completamente il problema dell’inquinamento. Risponde ai seguenti scopi: Ridurre consumo di carburante e l’emissione di CO2 mantenendo prestazioni e comfort di un’auto convenzionale Migliorare le prestazioni con una certa riduzione del consumo di carburante Rendere massime le prestazioni dell’autoveicolo con lo stesso consumo di carburante
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Immagazzinamento di energia elettrica
FOTOVOLTAICO EOLICO SORGENTI RINNOVABILI MA ALEATORIE (20-30 % presenza in rete) gli accumulatori accumulo di energia prodotta quando non viene usata o usata parzialmente fornitura di energia nei momenti in cui è necessaria e non viene prodotta
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In conclusione La batteria: immagazzinatore diretto di energia elettrica c’è spazio per un miglioramento delle prestazioni (cella a ioni di Litio) la gestione sicura è un aspetto critico alto costo Importanza crescente: 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 quando soffia il vento del cambiamento, c’è chi costruisce mura e chi costruisce mulini a vento
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