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Rapporto di Sintesi RSE 18002257

Progetto ACCUMULO: Materiali e tecnologie per l’accumulo di energia per il sistema elettrico. Rapporto di sintesi dell'attività 2017

Il rapporto illustra attività e risultati della ricerca svolta in merito allo sviluppo dimateriali e tecnologie dei Sistemi di Accumulo di energia di piccola taglia di tipoelettrochimico, nonché del grande accumulo funzionale alla rete di trasmissionenazionale.

Il rapporto illustra attività e risultati della ricerca svolta in merito allo sviluppo di materiali e tecnologie dei Sistemi di Accumulo (SdA) di piccola taglia di tipo elettrochimico, nonché del grande accumulo funzionale alla rete di trasmissione nazionale.

Le attività sui SdA di tipo elettrochimico riguardano principalmente lo studio, la formulazione e la sintesi di materiali innovativi e la progettazione e realizzazione di nuovi design di cella.

Un’attività riguarda la messa in esercizio di una nuova configurazione di cella a geometria planare di una batteria sodio/cloruro di nichel ad alta temperatura (circa 300°C), in cui gli elettrodi sono metalli liquidi e l’elettrolita è un materiale ceramico solido iono-conduttivo (β”allumina). In particolare il lavoro ha visto l’implementazione di soluzioni tecnologiche in grado di sottoporre la cella a cicli di carica e scarica senza perdite di materiale, a partire da un primo riempimento dei materiali elettrodici in un unico comparto e “a freddo”, nonché la realizzazione della β”allumina con nuove formulazioni e tramite una nuova tecnica di sintering, detta Spark Plasma Sintering (SPS).

Un’altra attività riguarda lo sviluppo di una batteria a ioni Sodio (NIB) con anodo a base di materiali lamellari porosi, detti MXeni, realizzati trattando chimicamente (esfoliazione) carburi misti di metalli (es: Ti-Al), appartenenti alla famiglia delle MAX-phases. In particolare sono stati affinati i processi per sintetizzare le MAX-phases (tramite SPS), ridurle in polvere di granulometria adeguata ed esfoliarle con opportune soluzioni di HCl e NaF. Sono stati poi caratterizzati i MXeni così prodotti come anodi in semicelle con geometria a “bottone” (coin), impiegando sodio metallico come contro-elettrodo, per accertarne la capacità di intercalazione di ioni Sodio. È stato, inoltre, realizzato materiale catodico adatto a essere combinato ai MXeni per realizzare una monocella prototipale NIB. Un’altra attività riguarda lo studio di una nuova classe di composti, i MOF, come materiali elettrodici per batterie NIB.

I MOF sono polimeri cristallini in cui aggregati di metalli di transizione (o derivati metallici) sono interconnessi tra loro grazie a molecole organiche di congiunzione (linker). In base alle molecole organiche utilizzate come linker è possibile regolare la struttura dei MOF, in termini di flessibilità, di porosità e di area superficiale, facilitando l’intercalazione di molecole più grandi di quelle Litio.

L’ultima attività sui SdA di tipo elettrochimico riguarda le procedure di prova e i test su moduli e celle di batterie già in commercio, utili a stimare lo stato di salute (SOH) e il trend di invecchiamento delle batterie. Una procedura di test è stata definita, con l’intento che fosse adattabile a differenti SdA in dimensioni e caratteristiche. È stata, inoltre, avviata un’analisi post mortem delle celle in prova per verificare le condizioni dei materiali al raggiungimento di una condizione di fine vita.

L’attività sul grande accumulo ha avuto anch’essa un orientamento tecnologico. In particolare si sono studiate le problematiche di sicurezza relative al processo industriale di estrazione e stoccaggio del gas naturale in giacimenti profondi depleti, mediante simulazioni numeriche, attraverso il Sistema Integrato di Analisi Geo-Modellistica (Geo-SIAM), strumento di simulazione implementato in RSE. Nel dettaglio, un serbatoio di stoccaggio reale situato in Lombardia è stato oggetto di indagini geologiche: è stato realizzato un modello geologico statico 3D dell’area indagata e un successivo modello fluidodinamico 3D, per simulare i processi operativi di produzione e stoccaggio di 1 e 12 stagioni termiche d’esercizio. È stato sviluppato anche un modulo geo-meccanico per lo studio degli effetti sugli strati di roccia delle pressioni in gioco. Scopo finale è determinare se è possibile un esercizio in sovrappressione (rispetto alla pressione di scoperta del giacimento) che consentirebbe un aumento delle capacità di stoccaggio.

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