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Batteria Na-beta: sviluppo di un nuovo elettrolita e dati sperimentali di una nuova monocella planare

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Batteria Na-beta: sviluppo di un nuovo elettrolita e dati sperimentali di una nuova monocella planare

Nel presente rapporto sono riportati i risultati relativi alla sperimentazione svolta su una nuova cella con configurazione geometrica planare di tipo sodio – beta e allo sviluppo di un nuovo materiale ceramico iono conduttivo; nel corso della sperimentazione sono stati sinterizzati e caratterizzati provini con nuove formulazioni.

Lo scopo dell’attività condotta riguarda la realizzazione di una nuova configurazione di mono cella per una batteria sodio beta con geometria planare e lo studio e sviluppo di un nuovo elettrolita solido.

La batteria sodio beta può svolgere un ruolo importante a supporto della trasmissione e distribuzione dell’energia elettrica, intervenendo in condizioni di buchi di tensione e/o instabilità della tensione e della frequenza e, in generale, per il miglioramento della power quality. Per questo tipo di applicazioni il sistema di accumulo deve essere caratterizzato da tempi di risposta molto rapidi ed elevate prestazioni in potenza.

Questo tipo di batteria ha energia specifica elevata, ma potenza specifica da migliorare. In particolare essa utilizza, come membrana di trasporto ionico tra i due comparti anodico e catodico, un materiale ceramico, la sodio β”-allumina, che è in grado di espletare le sue caratteristiche di conduttore ionico ad alte temperature; raggiungendo massima efficienza nella condizione di esercizio a circa 300°C. Attualmente vengono prodotte batterie, denominate sodio beta, con una geometria della membrana di β”-allumina “a bicchiere”; tale configurazione consente il contenimento dei reagenti, ma non permette di ottimizzare la potenza specifica della cella. Gli studi si sono quindi concentrati sulla possibilità di realizzare una mono cella con una configurazione geometrica della membrana ceramica di β”-allumina di forma planare, la quale deve quindi essere in grado di “contenere” i reagenti, che alla temperatura di esercizio si presentano in forma liquida e risultano chimicamente molto aggressivi, in particolar modo il sodio. Inoltre, nel corso dell’anno sono state testate nuove formulazioni di elettrolita ionico, con l’intento di realizzare un conduttore con proprietà iono conduttive migliore dello stato dell’arte.

La configurazione planare consentirebbe di ottenere batterie caratterizzate non solo da elevate densità di energia, ma anche con una densità di potenza migliore. Inoltre, la forma planare consentirebbe di ottimizzare anche la geometria degli stack, rendendoli più compatti e migliorando l’efficienza della regolazione termica al loro interno.

L’attività svolta ha consentito di eseguire i primi test funzionali di una mono cella planare, costruita secondo le soluzioni tecnologiche studiate e testate nel triennio precedente, che impiega sia l’elettrolita che i reagenti catodici utilizzati industrialmente. La sperimentazione ha permesso di individuare alcuni punti critici del sistema di test e di verificare un prima carica della mono cella. Contestualmente, l’attività sperimentale ha portato alla formulazione di una b” allumina drogata con potassio e a definirne le caratteristiche chimico fisiche in funzione del tenore di drogante additivato.

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