Batterie sostenibili realizzate con i sottoprodotti dell'industria del legno
La batteria della Selva di Turingia
Annunci
Alla luce della crescente domanda di accumulo di energia per la transizione energetica, c'è un'urgente necessità di tecnologie per batterie efficienti dal punto di vista dei costi, della sicurezza e delle risorse. Le batterie agli ioni di sodio basate su materiali disponibili localmente e rispettosi dell'ambiente offrono un approccio promettente. I ricercatori del Fraunhofer e i loro partner di progetto stanno lavorando a un sistema di batterie agli ioni di sodio basato sulla lignina, un sottoprodotto dell'industria del legno e della cellulosa.
La lignina, un biopolimero, è un componente chiave del legno, che gli conferisce stabilità. Come sottoprodotto dell'industria della carta, viene solitamente bruciata per generare energia. I ricercatori dell'Istituto Fraunhofer per le Tecnologie e i Sistemi Ceramici IKTS e dell'Università Friedrich-Schiller di Jena - entrambi partner del Centro per la Chimica dell'Energia e dell'Ambiente di Jena (CEEC) - hanno avuto un'idea migliore: nel progetto ThüNaBsE (Thuringia Sodium-Ion Battery for Scalable Energy Storage), finanziato dallo Stato Libero della Turingia e dal Fondo Sociale Europeo, i ricercatori stanno sviluppando e valutando un nuovo tipo di batteria agli ioni di sodio basata sulla lignina - dalle materie prime a una cella completa da 1 Ah. Il progetto mira a sostenere una maggiore indipendenza dalle materie prime critiche, favorendo al contempo la transizione verso batterie più economiche, sostenibili e sicure. È sostenuto da un comitato consultivo industriale composto principalmente da aziende regionali, tra cui le società Mercer Rosenthal GmbH, Glatt Ingenieurtechnik GmbH, IBU-tec advanced materials AG e EAS Batteries GmbH, con sede in Turingia, e Petrochemical Holding GmbH con sede a Vienna. Un altro obiettivo del progetto è quello di sostenere i giovani ricercatori della Turingia. Per questo motivo, diversi ricercatori emergenti, che stanno completando il loro dottorato nei settori dell'energia e della ricerca sulle batterie, sono coinvolti nel progetto ThüNaBsE.
Lignina: Trasformare un sottoprodotto in un prodotto riciclabile
La lignina è costituita principalmente da blocchi di idrocarburi, che possono essere utilizzati per una serie di applicazioni chimiche, tra cui il materiale per elettrodi per batterie. Nel progetto, la materia prima a base biologica sarà utilizzata per l'elettrodo negativo. "Vogliamo evitare metalli critici come il litio, il cobalto e il nichel nella catena del valore delle batterie. Vogliamo anche ridurre al minimo il contenuto di fluoro negli elettrodi e negli elettroliti e stiamo testando fino a che punto possiamo eliminarlo". Tuttavia, il progetto si concentra principalmente sulla trasformazione della lignina di alta qualità disponibile localmente in elettrodi ad alte prestazioni per le nostre batterie agli ioni di sodio", spiega Lukas Medenbach, ricercatore presso il Fraunhofer IKTS di Arnstadt, la porta d'ingresso della Selva di Turingia.
La lignina utilizzata nel progetto è stata fornita da Mercer Rosenthal GmbH. In condizioni di inerzia, viene convertita termicamente in carbonio, che viene poi ulteriormente trasformato in elettrodi. "I nostri partner del progetto dell'Istituto di chimica tecnica e ambientale dell'Università Friedrich-Schiller, guidati dal Prof. Martin Oschatz, utilizzano processi termici per trasformare la lignina in quello che chiamiamo carbonio duro. La struttura di questo carbonio duro è molto adatta allo stoccaggio reversibile di ioni di sodio. Il carbonio duro vanta elevate prestazioni elettrochimiche, buona stabilità di ciclo e bassi costi di acquisizione, soprattutto se ottenuto da materie prime sostenibili", spiega il collega di Medenbach, Cornelius Dirksen. Gli analoghi del blu di Prussia, composti di ferro non tossici, saranno utilizzati come materiale per l'elettrodo positivo. Utilizzata per la prima volta come pigmento circa 200 anni fa, questa sostanza è caratterizzata da una buona disponibilità di materie prime, compatibilità ambientale e proprietà di immagazzinamento degli ioni di sodio.
Le prime piccole celle dimostrative sono attualmente in fase di costruzione e test presso il centro di prova delle batterie Fraunhofer IKTS di Arnstadt, presso il Fraunhofer IKTS di Hermsdorf e presso l'Università Friedrich Schiller di Jena. Simulazioni realistiche e multifisiche completano il lavoro di laboratorio. I risultati sono promettenti: "Dopo 100 cicli di carica e scarica, la cella di laboratorio non mostra alcun degrado significativo. L'obiettivo è dimostrare 200 cicli di carica e scarica per la cella completa da 1 Ah entro la fine del progetto", afferma Medenbach.
Una volta sviluppata completamente, la batteria potrebbe essere utilizzata per applicazioni di stoccaggio stazionarie o mobili in cui non è richiesta una ricarica rapida. Le batterie agli ioni di sodio a base di lignina sono adatte ad applicazioni mobili con requisiti di potenza inferiori, tra cui, ad esempio, microcar (limite di velocità di 45 km/h) o veicoli per la logistica di magazzino come i carrelli elevatori. Una volta completato il progetto, i partner intendono scalare ulteriormente la tecnologia e passare ai livelli di maturità tecnologica successivi con l'aiuto di un consorzio ancora più grande.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
Altre notizie dal dipartimento scienza
