Gli scienziati dell'USC hanno sviluppato una nuova batteria che potrebbe risolvere il problema dell'accumulo di elettricità che limita l'uso diffuso di energia rinnovabile.

La tecnologia è una nuova svolta su un design noto che immagazzina elettricità in soluzioni, ordina gli elettroni e rilascia energia quando è necessario. Le cosiddette batterie a flusso redox sono in circolazione da un po', ma i ricercatori dell'USC hanno costruito una versione migliore basata su materiali a basso costo e facilmente disponibili.

"Abbiamo dimostrato un economico, lunga vita, batteria di flusso sicura ed ecologica attraente per immagazzinare l'energia dai sistemi di energia solare ed eolica su larga scala, " ha detto il professore di chimica Sri Narayan, autore principale dello studio e co-direttore del Loker Hydrocarbon Research Institute presso la USC.

Lo studio è stato pubblicato oggi nel Giornale della Società Elettrochimica .

L'accumulo di energia è un grosso ostacolo per l'energia rinnovabile perché la domanda di energia non sempre coincide quando le turbine eoliche girano o il sole colpisce i pannelli solari. La ricerca di una soluzione di archiviazione praticabile deve affrontare molteplici sfide, che è il problema che gli scienziati dell'USC hanno cercato di risolvere.

Si sono concentrati sulla batteria a flusso redox perché è una tecnologia collaudata e finora è stata implementata in applicazioni limitate. Utilizza fluidi per immagazzinare energia elettrochimica, smistamento di elettroni e ricombinazione per riduzione e ossidazione, e rilasciandoli per produrre elettricità quando è necessario.

L'innovazione chiave raggiunta dagli scienziati dell'USC prevede l'utilizzo di diversi fluidi:una soluzione di solfato di ferro e un tipo di acido. Il solfato di ferro è un prodotto di scarto dell'industria mineraria; è abbondante e poco costoso. L'acido antrachinone disolfonico (AQDS) è un materiale organico, già utilizzato in alcune batterie a flusso redox per la sua stabilità, solubilità e potenziale di accumulo di energia.

Mentre i due composti sono ben noti singolarmente, è la prima volta che vengono combinati per dimostrare il potenziale per lo stoccaggio di energia su larga scala. I test presso il laboratorio USC hanno dimostrato che la batteria ha grandi vantaggi rispetto ai concorrenti.

Per esempio, il solfato di ferro è economico e abbondante - un centesimo acquista circa 2,2 libbre - mentre la produzione su larga scala di AQDS costerebbe circa $ 1,60 per libbra. A quei prezzi, i costi dei materiali per il tipo di batteria sviluppata dagli scienziati dell'USC costerebbero $ 66 per chilowattora; se fabbricato in scala, l'elettricità costerebbe meno della metà dell'energia derivata dalle batterie redox che utilizzano il vanadio, che è più costoso e tossico.

Anche, nei test alla USC, i ricercatori hanno scoperto che la batteria ferro-AQDS può funzionare, o ricaricare, centinaia di volte praticamente senza perdita di potenza, a differenza delle tecnologie concorrenti. La durata dei sistemi di accumulo di energia è importante per l'uso su larga scala.

"I materiali sviluppati sono altamente sostenibili, " disse Surya Prakash, coautore dello studio e direttore del Loker Institute, che collabora con Narayan nello sviluppo di nuovi chinoni organici. "AQDS può essere prodotto da qualsiasi materia prima a base di carbonio, compresa l'anidride carbonica. Il ferro è una terra abbondante, elemento non tossico."

La tecnologia presenta anche vantaggi rispetto allo stoccaggio della batteria agli ioni di litio. La proliferazione dell'elettronica di consumo e dei veicoli elettrici, alimentato da batterie agli ioni di litio, crea scarsità per l'elemento, che fa lievitare i costi. A sua volta, quelle economie fanno altro, opzioni di accumulo di energia meno costose più attraenti, lo studio dice. Anche, le batterie agli ioni di litio non durano così a lungo, a causa della ricarica, come sa la maggior parte delle persone che hanno ricaricato cellulari e laptop.

"... Il sistema di batterie a flusso ferro-AQDS presenta una buona prospettiva per soddisfare contemporaneamente i severi requisiti di costo, durabilità e scalabilità per lo stoccaggio di energia su larga scala, "dice lo studio.

Il consumo di energia rinnovabile è in crescita, tuttavia è vincolato a causa dei limiti di accumulo di energia. L'immagazzinamento di appena il 20% dell'energia solare ed eolica di oggi richiede una capacità di riserva di 700 gigawattora. Un gigawattora è sufficiente per circa 700, 000 case per un'ora.

Ha detto Narayan:"Finora non c'è stato economicamente fattibile, soluzione ecologica per l'accumulo di energia che può durare per 25 anni. Le batterie agli ioni di litio non hanno la lunga durata e le batterie a base di vanadio utilizzano costosi, materiali relativamente tossici che ne limitano l'uso su larga scala. Il nostro sistema è la risposta a questa sfida. Prevediamo che queste batterie vengano utilizzate in ambito residenziale, edifici commerciali e industriali per catturare l'energia rinnovabile".