Il rapporto illustra le attività e i risultati della ricerca rivolta allo sviluppo di materiali e tecnologie di accumulo elettrochimico di piccola taglia, nonché del grande accumulo funzionale alla rete di trasmissione nazionale.

Le attività sull’accumulo elettrochimico riguardano principalmente lo studio, la formulazione e la sintesi di materiali innovativi, la progettazione e realizzazione di nuovi design di cella e i test chimico-fisici, elettrochimici e di diagnostica su celle e batterie.

Un’attività riguarda lo sviluppo di una geometria planare per una mono-cella 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 sono state proposte nuove soluzioni tecnologiche in grado di garantire la tenuta dei comparti e migliorare le prestazioni di cella (lavorando sulla prima carica “a freddo”, sulla capacità e ciclabilità), nonché è stata affinata una procedura di sintering della β”allumina tramite Spark Plasma Sintering (SPS), in grado di realizzare manufatti con aumentate prestazioni iono-conduttive e di resistenza.

Un’altra attività riguarda lo sviluppo di una cella 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-phase. In particolare sono stati affinati i processi di sintesi delle MAX-phase (tramite SPS), di macinazione per ridurle in polvere di granulometria adeguata e di esfoliazione con opportune soluzioni di HCl e NaF. I MXeni così prodotti sono stati caratterizzati come anodi in semicelle anodiche 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: si è lavorato sull’ottimizzazione di un processo di sintesi in umido di ossidi misti di Sodio e Manganese per realizzare un particolare materiale (Na_0.44MnO₂) che si presenta con una sua struttura cristallina aciculare in grado di intercalare ioni Sodio. Il materiale è stato anch’esso sottoposto a caratterizzazione elettrochimica in semicelle catodiche, impiegando sodio metallico come contro-elettrodo.

L’ultima attività sperimentale sui SdA di tipo elettrochimico riguarda le procedure di prova e i test di diagnostica su moduli e celle di batterie già in commercio, utili a stimare lo stato di salute (SOH) e il trend di invecchiamento delle batterie. In particolare, si è lavorato su analisi post mortem di celle sottoposte a invecchiamento per verificare le condizioni dei materiali. È stata implementata una nuova procedura di apertura celle, con queste non completamente scariche, per limitare i danni sui materiali dovuti alla sovrascarica.

L’attività sul grande accumulo ha avuto anch’essa un orientamento tecnologico: 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 (GeoSIAM), strumento di simulazione implementato in RSE. In particolare, un serbatoio di stoccaggio reale situato in Lombardia è stato oggetto di indagini modellistiche geologiche, fluidodinamiche e geo-meccaniche: 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. È stato sviluppato e integrato in GeoSIAM anche un modulo geo-meccanico per lo studio degli effetti delle pressioni in gioco sugli strati di roccia, tra cui la subsidenza e l’innalzamento del suolo. 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.