News 30/04/2018

Traduzione a cura della redazione di coscienza.org – Marisa Menna

Gli scienziati di Stanford hanno sviluppato una batteria al manganese-idrogeno che può immagazzinare energia eolica e solare diminuendo così la necessità di bruciare combustibili fossili che emettono carbonio.
Lo studioso Wei Chen ha creato un prototipo di una batteria progettata per immagazzinare energia solare ed eolica grazie a una reazione chimica a base di acqua sviluppata nel laboratorio di Stanford dallo scienziato Yi Cui, professore presso la Photon Science Directorate dello SLAC National Accelerator Laboratory, senior fellow del Precourt Institute for Energy e membro della Stanford Bio-X e dello Stanford Neurosciences Institute.

Il prototipo di batteria al manganese-idrogeno, riporta Nature Energy, è alto solo 7,6 centimetri e genera solo 20 milliwattora di elettricità, che è alla pari con i livelli di energia delle torce a LED appese a un portachiavi. I ricercatori sono fiduciosi di poter creare questa tecnologia a livello industriale realizzando una batteria che potrebbe caricare e scaricarsi fino a 10.000 volte, con una durata superiore al decennio.
Yi Cui, professore di scienze dei materiali a Stanford e autore senior dello studio, ha detto che la tecnologia delle batterie a idrogeno-manganese potrebbe essere uno dei pezzi mancanti nel puzzle energetico nazionale, un modo per immagazzinare l’imprevedibile eolico o l’energia solare in modo da ridurre la necessità di bruciare combustibili fossili affidabili ma che emettono carbonio quando le fonti rinnovabili non sono disponibili.
“Quello che abbiamo fatto è gettato un sale speciale in acqua, lasciato cadere in un elettrodo, e creato una reazione chimica reversibile che immagazzina elettroni sotto forma di gas idrogeno”, ha detto Cui.

Il team che ha ideato e costruito il prototipo è guidato da Wei Chen, studente del laboratorio di Cui. In sostanza i ricercatori hanno indotto uno scambio di elettroni reversibile tra acqua e solfato di manganese, un sale industriale economico e abbondante usato per fabbricare batterie a secco, fertilizzanti, carta e altri prodotti. Per simulare il modo in cui una fonte eolica o solare potrebbero alimentare la batteria, i ricercatori hanno collegato una fonte di energia al prototipo. Gli elettroni hanno reagito con il solfato di manganese disciolto nell’acqua rilasciando particelle di diossido di manganese attaccate agli elettrodi. Gli elettroni in eccesso sono esplosi sotto forma di gas idrogeno, immagazzinando così quell’energia per un impiego futuro. Gli ingegneri sanno come ricreare l’elettricità dall’energia immagazzinata nell’idrogeno, quindi il passo successivo è dimostrare che la batteria a base d’acqua può essere ricaricata.
I ricercatori hanno ricollegato la loro fonte di energia al prototipo esaurito, questa volta con l’obiettivo di indurre le particelle di biossido di manganese legate all’elettrodo da combinarsi con l’acqua, ricostituendo il sale di solfato di manganese. Una ripristinato questo sale gli elettroni in entrata sono diventati in eccesso e l’eccesso di energia ha potuto esplodere come gas idrogeno, in un processo che può essere ripetuto tantissime volte.

Cui ha stimato che, data la durata prevista della batteria a base d’acqua, il costo sarebbe di un centesimo di dollaro per immagazzinare abbastanza elettricità e alimentare una lampadina da 100 watt per 12 ore.
“Riteniamo che questa tecnologia sarà in grado di soddisfare gli obiettivi del Dipartimento di energia per la praticità di immagazzinamento elettrico su larga scala”, ha affermato Cui.

Il Dipartimento dell’Energia (DOE) ha raccomandato che le batterie per lo stoccaggio da utilizzare nella rete debbano stoccare e scaricare almeno 20 kilowatt per un’ora sostenere almeno 5.000 ricariche e avere una durata utile superiore ai 10 anni. Per rendere fattivo un tale sistema di batterie dovrebbe costare circa $ 2.000, o $ 100 per kilowattora.
L’ex segretario del DOE e premio Nobel Steven Chu, ora professore alla Stanford, incoraggia da lungo tempo gli Stati Uniti all’utilizzo di tecnologie che impiegano energie rinnovabili.
“Mentre i materiali precisi e il design necessitano ancora di sviluppo, questo prototipo dimostra il tipo di scienza e ingegneria che suggerisce nuovi modi per ottenere batterie a basso costo e di lunga durata”.
Secondo le stime DOE, circa il 70% dell’elettricità degli Stati Uniti viene generato da impianti di carbone o di gas naturale, che rappresentano il 40% delle emissioni di biossido di carbonio. Il passaggio all’eolico e alla produzione di energia solare è un modo per ridurre tali emissioni. Ma questo crea nuovi problemi che riguardano l’intermittenza del rifornimento di energia e gli sbalzi della richiesta sulla rete. Ad esempio in una giornata calda, quando le persone tornano a casa dal lavoro e alzano l’aria condizionata, le utility devono disporre di strategie di bilanciamento del carico per soddisfare la domanda di punta: un modo per aumentare la produzione di energia in pochi minuti per evitare cali di tensione o blackout sulla rete.

Chen ha detto che la nuova chimica, i materiali a basso costo e la relativa semplicità hanno reso la batteria al manganese-idrogeno ideale per un dispiegamento su scala di rete a basso costo e afferma su Nature Energy: “La svolta che segnaliamo ha il potenziale per soddisfare i criteri di scala della DOE”.
Cui ha dichiarato di aver cercato di brevettare il processo attraverso la Stanford Office of Technology Licensing e ha in programma di formare una società per commercializzare il sistema.

Fonte: Stanford News

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