EO_Power_31

EO POWER - MAGGIO 2023 XIV La superficie della parte attiva è la chiave della capacità del supercondensatore e, in base alle conoscenze acquisi- te, aumentando la superficie aumenta la capacità. Ciò che risulta particolarmente interessante nella tecnologia dei supercondensatori sono le possibilità offerte dall’intro- duzione delle nanotecnologie. Un esempio è la sostituzio- ne del tradizionale strato di carbone attivo con uno strato sottile formato da miliardi di nanotubi. Ogni nanotubo si presenta sottoforma di un cilindro cavo uniforme di 5mm di diametro e 100mm di lunghezza, accresciuto vertical- mente sopra gli elettrodi conduttori: utilizzando miliardi di nanotubi è possibile raggiungere livelli di capacità ad altissima densità. Supercondensatori vs batterie: concorrenti o complementari? Dopo il discorso di Elon Musk al Cleantech Forum 2011, è aumentato l’interesse per i supercondensatori e sicura- mente le potenzialità offerte dalle nanotecnologie sem- brano indicare che in futuro i supercondensatori potreb- bero eguagliare le prestazioni delle batterie. Come si può vedere nella figura 2 che riporta l’energia rispetto alla densità di potenza per diversi tipi di dispositivi di imma- gazzinamento dell’energia, attualmente i livelli presta- zionali di celle a combustibile, batterie, ultracondensa- tori e condensatori convenzionali non si sovrappongono. Tuttavia, sono complementari e i recenti progressi tec- nologici stanno riducendo il divario tra batterie e super- condensatori. Ognuna di queste tecnologie ha i suoi vantaggi e svantag- gi, quelli che i progettisti di energia prendono in conside- razione durante lo sviluppo di sistemi di alimentazione. Nella tabella 1 è riportato un confronto tra i parametri chiave delle batterie agli ioni di litio e dei superconden- satori. Esaminando i dati riportati nella tabella si evince che uno dei principali vantaggi del supercondensatore è la sua ciclicità estremamente elevata, il che significa che può essere caricato e scaricato un numero praticamente illimitato di volte, evento questo assai improbabile per la batteria elettrochimica , contraddistinta da un ciclo di vita definito e molto più breve. Anche in termini di invecchiamento i supercondensato- ri forniscono prestazioni migliori. In condizioni norma- li, a partire dalla capacità originale (100%), essi perdono solo il 20% nell’arco di un decennio, un dato decisamente migliore rispetto a quello delle batterie. Per i progetti- sti che devono alimentare sistemi costretti a operare in condizioni difficili, i supercondensatori assicurano un funzionamento affidabile in un intervallo esteso di tem- peratura, al contrario di quel che accade per le batterie. Lo svantaggio è rappresentato dal fatto che i supercon- densatori si scaricano dal 100 al 50% in un periodo di tempo compreso tra 40 e 50 giorni, mentre nel medesimo intervallo temporale l’autoscarica delle batterie al piom- bo e agli ioni di litio è stimata attorno al 5%. In ogni caso, val la pena sottolineare che per quanto concerne questo aspetto vi sono ampi margini di miglioramento. Complici la crescente domanda di energia rinnovabile e le problematiche relative allo stoccaggio di energia, sono sorte alcune perplessità circa l’opportunità di realizza- re enormi banchi di batterie agli ioni di litio. È risapu- to che batterie di questo tipo hanno una durata limitata e, oltre a consumare preziose materie prime, non sono facili da riciclare, con tutti i rischi ambientali associati. Per affrontare in modo efficace questo problema, la ri- cerca svolge un ruolo fondamentale: un esempio è lo stu- dio presentata dalle università del Surrey e di Bristol nel febbraio 2018 sullo sviluppo di materiali polimerici: tale studio ha mostrato la possibilità di raggiungere valori pratici di capacità fino a 4F/cm 2 (quando lo standard è 0,3 F/cm 2 ) e in un prossimo futuro non è esclusa la possibilità di ottenere capacità comprese nell’intervallo tra 11-20F/ cm 2 . Con livelli di capacità di questo tipo si potrebbe par- lare di 180 Wh/kg, un valore simile a quello delle batterie agli ioni di litio. Il lavoro di ricerca sui supercondensatori prosegue a un ritmo sostenuto e il divario si sta colmando. Non è possi- bile prevedere tempistiche certe, ma considerando il nu- mero di brevetti depositati e di documenti presentati e la sempre crescente attenzione, questo traguardo potrebbe essere raggiunto in tempi abbastanza brevi. Un lavoro silenzioso I supercondensatori sono ovunque ed è quasi impossibile stilare un elenco esaustivo delle applicazioni, che spa- ziano dagli esperimenti che si stanno conducendo Shan- ghai per gestire una flotta di autobus alimentati solo da supercondensatori ai contatori intelligenti per finire alla raccolta di energia. Sicuramente è la loro capacità di sostenere elevati cicli di carica e scarica che li rende ideali per accumulare e riu- tilizzare l’energia in veicoli elettrici privati e pubblici e macchinari come le gru portuali. Oltre a queste, possono essere utilizzati dai progettisti anche in molte applica- zioni che richiedono potenza di picco. In un impianto Hi-Fi, ad esempio, l’amplificatore audio potrebbe contenere un banco di supercondensatori in grado di fornire kilowatt di potenza di picco all’altopar- lante dei bassi quando un asso come Ferruccio Furlanet- to emette le note profonde di Don Chisciotte. Lo smart meter di un’abitazione molto probabilmente contiene un supercondensatore in grado di fornire potenza di picco Power