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Batteria Sodio Cloruro di Nichel ad alta temperatura: sviluppo di una monocella planare e test di sinterizzazione dell’elettrolita solido

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Batteria Sodio Cloruro di Nichel ad alta temperatura: sviluppo di una monocella planare e test di sinterizzazione dell’elettrolita solido

La mono cella sviluppata in RSE ha evidenziato la bontà delle soluzioni tecniche adottate pur mostrando una serie di problematiche che ne limitano le prestazioni. Importante è il contatto beta allumina-porta corrente anodico in quanto influenza il processo di scarica della mono cella. La sinterizzazione in forno ha evidenziato l’importanza della morfologia dell’atomizzato impiegato, evidenziando la buonasinterizzazione di una polvere di beta allumina sottoposta ad un processo di atomizzazione industriale. I test di sinterizzazione con la tecnica SPS hanno evidenziato l’importanza del profilo termico adottato aifine di una buona sinterizzazione.

L’attività condotta ha permesso da una parte la realizzazione di un prototipo di cella elettrochimica dinuova configurazione che si basa sullo sviluppo di una mono cella per una batteria sodio beta congeometria planare e dall’altra lo studio e sviluppo di un nuovo elettrolita solido.La batteria sodio beta può svolgere un ruolo importante a supporto della trasmissione e distribuzionedell’energia elettrica, intervenendo in condizioni di instabilità della tensione e della frequenza e, ingenerale, per il miglioramento della power quality. Per questo tipo di applicazioni il sistema di accumulodeve essere caratterizzato da tempi di risposta rapidi ed elevate prestazioni in potenza.Il tipo di batteria oggetto dell’attività ha energia specifica elevata, ma potenza specifica da migliorare. Inparticolare essa utilizza, come membrana di trasporto ionico tra i comparti anodico e catodico, unmateriale ceramico, denominato sodio β”-allumina, che è in grado di espletare le sue caratteristiche diconduttore ionico ad alte temperature, raggiungendo massima efficienza nella condizione di esercizio acirca 300°C. Attualmente vengono prodotte batterie, denominate sodio beta, con una geometria dellamembrana di β”-allumina “a bicchiere”; tale configurazione consente il contenimento dei reagenti, manon permette di ottimizzare la potenza specifica della cella. Gli studi si sono quindi concentrati sullapossibilità di realizzare una mono cella con una configurazione geometrica della membrana ceramica diβ”-allumina di forma planare. La configurazione planare consentirebbe infatti di ottenere batteriecaratterizzate non solo da elevate densità di energia, ma anche da una densità di potenza superiore.Inoltre, la geometria planare consentirebbe di impilare le singole mono celle, rendendo più compatta labatteria e migliorandone la regolazione termica.Nel corso dell’anno sono anche continuate le attività finalizzate allo sviluppo di elettroliti ionici conproprietà iono conduttive migliori dello stato dell’arte, con l’obiettivo anche per questa via di unmiglioramento delle prestazioni in potenza.Sulla base dei risultati ottenuti nel corso delle precedenti annualità, si è progettata, realizzata edassemblata una nuova mono cella in grado di superare le problematiche riscontrate nei test svolti durantei precedenti anni. Successivamente sono stati avviati test di carica e scarica; i test sono stati effettuatiutilizzando l’elettrolita solido e i reagenti catodici impiegati industrialmente. Questa sperimentazione haconfermato la validità della geometria e delle soluzioni tecnologiche sviluppate sebbene siano stateindividuate alcune criticità che necessitano un ulteriore approfondimento di concerto con il costruttorenazionale di questa tipologia di batteria. Relativamente allo sviluppo di un nuovo elettrolita solido,l’attività sperimentale si è concentrata sull’individuazione delle possibili cause che portano allaformazione di microdifetti e criccature a loro volta responsabili delle scarse caratteristiche meccaniche edi conducibilità ionica dei campioni di b” allumina realizzati mediante la tecnica SPS, nonostante essipresentino un elevato grado di purezza (superiore al 90%) ed una densità compresa tra 92 e 98% delvalore teorico. I test si sono quindi concentrati sulla metodologia sperimentale, andando a valutarel’effetto dei diversi parametri del processo di sinterizzazione, con particolare riferimento a temperatura epressione in funzione del materiale sinterizzato; in particolare i test sono stati condotti utilizzando sia unatomizzato prodotto in RSE sia uno prodotto con un atomizzatore industriale. Parallelamente, con glistessi atomizzati, sono stati inoltre svolti test di sinterizzazione in forno per valutare l’effettodell’aggiunta di leganti alle polveri, al fine di migliorare il grado di densificazione dei campioni.

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