RICERCA ITALIANA     

Materiali per accumulatori al litio per un efficiente utilizzo dell'energia da fonti rinnovabili, per il controllo dell'ambiente e per il trasporto sostenibile

Università degli Studi di Roma "La Sapienza"

Abstract

Questo progetto è mirato alla sintesi e allo sviluppo di nuovi materiali elettrodici ed elettrolitici per batterie al litio e si avvale dell’apporto di quattro sedi universitarie con comprovata esperienza nel settore. Il fine è quello dar vita ad un gruppo coordinato di eccellenza per pervenire a configurazioni elettrochimiche innovative tali da consentire l’applicazioni di queste batterie in settori di importanza attuale, quali il mantenimento di sorgenti di energia pulite e lo sviluppo di veicoli ad emissione controllate.
In questa prospettiva, l’unità I sarà coinvolta nello sviluppo di nuovi materiali anodici ed elettrolitici. Verranno a tal fine sviluppati compositi formati da nanoparticelle di metallo (M= Sn, Sb, Si) finemente disperse in una matrice di carbone. Ci si attende che questa configurazione possa portare a materiali anodici con elevata capacità e lunga vita operativa. L’attività sui materiali elettrolitici sarà diretta alla sintesi e caratterizzazione di liquidi ionici, vale a dire sali fusi a bassa temperatura, da usare come elettroliti in sostituzione delle comuni e instabili soluzioni elettrolitiche organiche, con vantaggi in termini di affidabilità e sicurezza.
L’attività di ricerca dell’Unità II verterà sullo sviluppo di materiali catodici ecocompatibili per batterie Li-ione, prodotti mediante processi a basso costo energetico ed economici, in particolare olivine (LiFePO4) preparate anche mediante sintesi assistita dalle MW. Tali materiali >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Bruno Scrosati Università degli Studi di ROMA "La Sapienza"

Obiettivo del Programma di Ricerca

L’obiettivo finale del progetto è quello di dar vita ad un gruppo di eccellenza, coordinato tra quattro laboratori di comprovata esperienza, per pervenire a configurazioni elettrochimiche innovative tali da consentire lo sviluppo di batterie al litio di nuova concezione adatte al mantenimento di sorgenti di energia pulite e allo sviluppo di veicoli ad emissione controllate.
A tal fine, i quattro laboratori universitari italiani collaboreranno con attività mirate agli obiettivi specifici come appresso indicato.

L’unità I ha come obiettivo finale la caratterizzazione di materiali anodici ed elettrolitici in grado di assicurare elevate prestazioni elettrochimiche accompagnate da alto grado di affidabilità e sicurezza e basso costo, vale a dire con caratteristiche appropriate per lo sviluppo di batterie al litio per accumulo in centrale e/o per trazione di autoveicoli.

L’unità II si propone l’individuazione di un materiale catodico eco-compatibile e a basso costo energetico per batterie litio-ione con elevate prestazioni in regimi operativi intermittenti tipici di applicazioni in veicoli ibridi, HEV (charge sustainig mode) e con valenza anche per impianti solare/eolico-batteria remoti o collegati alla rete. Inoltre, l’unità mira a valutare la possibilità di abbinamento batterie al litio-supercapacitori nelle sopra citate applicazioni di natura intermittente.

L’Unità III ha come obiettivo finale la preparazione anodi di grafite >>>

Risultati parziali attesi

Le attività di ricerca di questo progetto verranno dirette verso la sintesi e allo sviluppo di nuovi materiali elettrodici ed elettrolitici per batterie al litio destinate a settori di importanza attuale, quali il quali il mantenimento di sorgenti di energia pulite discontinue e lo sviluppo di veicoli ad emissione controllate. Il progetto si avvale dell’apporto di quattro laboratori con comprovata esperienza nel settore. I risultati attesi dalle attività svolte nei quattro laboratori sono di seguito esplicitati.

L’attività dell’unità I sarà impostata lungo due linee di ricerca dirette rispettivamente verso lo sviluppo di nuovi materiali anodici ad alta capacità e nuovi materiali elettrolitici affidabili. Nella prima linea lo studio verrà indirizzato verso lo sviluppo di compositi metallo-carbone, M-C (M= Sn, Sb, Si) formati dalla dispersione di nano particelle di metallo all’interno della matrice di carbone. Il processo elettrochimico in celle al litio è la formazione di leghe litio-metallo a cui è associata un’elevata capacità specifica. Ci si attende che la particolare configurazione sviluppata in questo progetto possa portare a materiali elettrodici in grado di controllare le tensioni meccaniche associate alle larghe variazioni di volume che le leghe subiscono durante i processi di ciclazione, evitando però l’aggregazione delle particelle e i rischi di sicurezza tipici delle nano strutture pure.
La seconda linea di attività verrà diretta verso la >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Un sistema energetico basato sui combustibili fossili non è più sostenibile per i previsti danni ambientali e per gli aumenti dei costi dovuti alla crescita della richiesta ed il calo delle risorse e per la dipendenza dai Paesi produttori di petrolio, destinato per il 30% alla quasi totalità (90%) del trasporto con veicoli con motori a combustione interna a bassa efficienza energetica. A livello internazionale vi è un crescente potenziamento degli investimenti per lo sfruttamento di energia da fonti rinnovabili, in particolare per le tecnologie più mature come l’eolico ed il solare che essendo intermittenti richiedono efficienti sistemi di accumulo e conversione [1]. In tale ambito emerge il ruolo chiave dei sistemi elettrochimici ad alto rendimento energetico quali batterie e supercapacitori che accumulano l’energia per poi erogarla e distribuirla efficientemente in base alle richieste negli impianti remoti e che garantiscono una elevata qualità della rete e provvedono al livellamento del carico negli impianti integrati nella rete elettrica. Oggi per l’accumulo di energia da fonti rinnovabili in impianti remoti vengono principalmente utilizzate le batterie Pb-acido già dimensionate e largamente diffuse commercialmente per un utilizzo in impianti di media-grande dimensione. Recenti studi hanno però evidenziato che in impianti fotovoltaici (PV)-batteria da 150 kWh/giorno, con capacità di accumulo di 450 kWh per garantire 3 giorni di autonomia, la bassa efficienza intrinseca >>>