Veicoli elettrici - mobilità - tecnologie - ambiente - energia rinnovabile. L'esaurimento delle risorse e le conseguenti ripercussioni politiche ed economiche rendono necessario ridurre la dipendenza dall'importazione di prodotti petroliferi e spingere quindi verso lo sviluppo di fonti energetiche alternative. I veicoli elettrici possono utilizzare tecnologie e risorse nel modo più efficiente.


giovedì 1 settembre 2011

Batterie ai sali di sodio e due spaghetti ?

Gli ingredienti. Un gruppo di ricerca dell'incubatore della Carnagie Mellon University, la US  Department of Energy, un'azienda statunitense, degli investitori, una raccolta di 20 milioni di dollari per configurare una nuova tecnologia di batterie. Ai sali, sali di sodio in un substrato acquoso, anodo al carbonio ad alta efficienza e basso costo, catodo al sodio combinato con alcali di MnO2. Il sodio uno degli elementi più diffusi sul globo, basso costo di produzione. 

Mescolare bene.

Servire a tavola la pietanza facilmente scalabile per pochi o molti ospiti, lunga conservazione (migliaia di cicli), grande efficienza (da 85%, ora, al 95% prossimamente), completamente compatibile ambientalmente e bassissimo costo di produzione e riciclabilissima, al 100%.

Non si riesce a capire bene quale sia la sua densità di energia e di potenza ma non importa granché a mio avviso essendo queste batterie adattissime soprattutto all'accumulo di energia ad uso stazionario dove il target market è l'energy storage di rete ma anche off-grid.

Sembra che ogni elemento, la cella al sodio disponibile oggi come prototipo, scopriamo leggendo qui e là, abbia una tensione di poco meno di 2V e una capacita di 40 Wh. 8 celle costituiscono un modulo di 15V circa, tanti moduli possono essere accoppiati in serie e parallelo per costituire tensioni e capacità totali secondo le nostre necessità, a partire dalle basse tensione (18 - 48 V) fino agli alti voltaggi 500- 1.000 V . Costo indicativo: 300 dollari a kWh.
Le sperimentazioni attuali hanno dimostrato grande stabilità, oltre 5.000 cicli con DoD 100% (carica scarica complete al 100%), più di 800 cicli in 15 mesi di 6 ore a ciclo, nessuna perdita della capacità iniziale. Non è richiesto BMS (battery managment system) o va bene anche un minimo sistema di controllo delle batterie.

Se attualmente si è raggiunta un vita operativa di 2 anni e 5.000 cicli  con una temperatura operativa  tra -10°C e  + 60°C, il target da raggiungere è quello di 20 anni di operatività e 20.000 cicli con temperature tra i   -40°C e + 80 °C . Da subito, nessuna manutenzione, nessun degrado, riciclabili al 100%, efficienza 90%, futura 95%.

Il Timing commerciale è così concepito.

2011-2012
Bassa produzione per la fase sperimentale negli stabilimenti della Pennsylvania.
2013-2014
Grandi volumi di produzione negli stabilimenti statunitensi , partendo da 500 MWh per anno.
Implementazione per la vendita delle batterie a livello mondiale.
2015-ed oltre 
Aumento della capacità produttiva locale.

Una bambolina premio ai signori! Spaghetti o pizza margherita per tutti!

Ricordando l'altro tipo di batteria al litio, grazie al grafene, che si potrebbe ricaricare in tempi brevissimi direi che molti problemi sullo storage stazionario e automotive sono risolti. Ma non finisce qui. I margini di miglioramento sono ancora ampi.   

Leggere anche:
.

5 commenti:

Anonimo ha detto...

In alcuni siti TLC dell'azienda per cui lavoro, approfittando di un cambio tecnologico sugli apparati di rete verso macchine che lavorano fino a +65°C, abbiamo messo in esercizio "batterie" Sodium - Nichel di un noto produttore italiano al posto delle normali VRLA per uso stazionario. Le caratteristiche di densità energetica sono simili alla tecnologia Litio ma come chimica sono più simili a quelle delle batterie oggetto di questo post. Il produttore afferma che questa chimica l'ha sviluppata e messa in esercizio per autotrazione 10 anni fa ma solo adesso ha raggiunto un livello tale di affidabilità da rendere possibile un'offerta per gli operatori TLC.

Le virgolette sono d'obbligo perché non sono semplici batterie quanto piuttosto dei sistemi d'energia completi di BMS, riscaldatore, limitatori di corrente, disgiuntore di protezione al livello minimo di carica residua, sistema di telecontrollo e remotizzazione degli allarmi integrato, ecc.

Sono state utilizzate in degli shelter condizionati in siti con frequenti disservizi Enel, quindi vanno a sostituire VRLA per circa 11kWh che sono di conseguenza molto sollecitate (troppi cicli fino all'80% di scarica e sonore scaldate quando i condizionatori si spengono per mancanza del 380V e rimane attivo il solo free-cooling a 48V), ma l'obiettivo vero è capire il livello globale di affidabilità di sito a condizionatori spenti e se è vera realtà che il recupero dell'investimento è mediamente inferiore ai due anni come ho stimato per i siti di cui sopra.

Anonimo ha detto...

No, le Sodio-Nikel non sono per nulla simili come chimica a quelle di questo post. Avevo letto male. Assomigliano a queste e lavorano a temperature simili, infatti.

Massimo J. De Carlo ha detto...

Se ho capito direi che non sono nemmeno quelle. Forse stai parlando delle nichel sodio cloruro (Ni-NaCl), batterie che lavorano a 250 gradi C. Le conosco molto bene per esperienza nel campo della trazione elettrica. Per fortuna quelle di cui parlo nel post sono del tutto diverse, è una nuova tecnologia.

Anonimo ha detto...

Sono queste, e parlano effettivamente di Sodium-Nickel-Cloride. Vengono realizzate in varianti per uso ciclico (storage rinnovabili e trazione elettrica con 140Wh/Kg) e per uso stazionario in sostituzione delle VRLA/GEL/AGM (circa 80Wh/l e 81Wh/kg). Tutti i brevetti sono italiani e pure la produzione al momento e questo non dispiace.

Per basse quantità (sto facendo un test su siti campione), il modulo da 48V e 80Ah l'ho preso a 2900€+IVA, quando le VRLA da 105Ah le compro a 850€ (prima dell'aumento dei prezzi del Pb le pagavo 200€ meno). Ripeto che più che semplici accumulatori, sono dei sistemi che accumulano energia, il confronto di prezzo non è quindi molto corretto.

Sempre lo stesso modello per uso TLC, raggiunge la temperatura di esercizio di 300°C in 20h e dissipa 60W per mantenerla. La ricarica è abbastanza veloce per lo standard dello stazionario, il valore di riferimento è C4, tant'è che ho deciso di aggiungere un raddrizzatore da 8A sulla stazione di energia.

Non conosco la variante per uso trazione, ma effettivamente il problema di tenerle in temperatura dev'essere un rompicapo progettuale.

Massimo J. De Carlo ha detto...

Non è un problema progettuale quanto piuttosto una seccatura e uno spreco di energia o, se vuoi, un abbassamento di efficienza dell'accumulo. Un furgone tenuto in garage semnza avere attaccato la spina alla rete ha procurato un azzeramento della carica delle batterie NiNaCl perchè hanno autoconsumato l'energia per mantenere la temperatura di 280°C. Nessun danno, però si è reso necessario attaccare la spina, aspettare un paio di giorni per farle tornare in temperatura, poi qualche ora per ripristinare la carica completa. Altro handicap, sono sedute, cioè erogano poca energia. Se hai bisogno di avere disponibili ampere sufficienti devi parallelare batterie. Altro problemino. Hanno 300 cicli di vita DOD 100%. Se confronti questi dati con le batterie al litio non c'è battaglia. Le NiNaCl sono perdenti, anche economicamente. Le batterie del post invece promettono molto, molto di più positivo.