Liquido

Jul 15, 2023

Il costo è una variabile cruciale per qualsiasi batteria che potrebbe fungere da valida opzione per lo stoccaggio di energia rinnovabile sulla rete. Un’analisi condotta da ricercatori del MIT ha dimostrato che lo stoccaggio dell’energia dovrebbe costare solo 20 dollari per kilowattora affinché la rete sia alimentata completamente da energia eolica e solare. Secondo un rapporto del Pacific Northwest National Laboratory, un sistema di batterie agli ioni di litio da 100 megawatt e autonomia di 10 ore completamente installato costa ora circa 405 dollari/kWh. Ora, tuttavia, una batteria a metallo liquido prevista per l’implementazione nel mondo reale nel 2024 potrebbe ridurre considerevolmente i costi di stoccaggio dell’energia.

Donald Sadoway, chimico dei materiali e professore emerito al MIT, nel corso degli anni ha tenuto in primo piano l’accessibilità economica per le sue numerose invenzioni di batterie, tra cui una recente batteria all’alluminio-zolfo. Il basso costo ha motivato anche la batteria di metallo liquido, contenente elettrodi di metallo fuso e un elettrolita di sale fuso, che ha inventato e poi ha iniziato a commercializzare cofondando la startup Ambri nel 2010.

La batteria di rete di Ambri costa dai 180 ai 250 dollari/kWh a seconda delle dimensioni e della durata, afferma l'azienda. Ma il suo costo previsto è di circa 21 dollari/kWh entro il 2030, secondo un articolo di Sadoway e colleghi pubblicato nell’ottobre 2021 sulla rivista Renewable and Sustainable Energy Reviews. E la società di Marlborough, Massachusetts, è ora pronta per la sua prima installazione di servizi pubblici. Ambri e la società di servizi pubblici Xcel Energy inizieranno l'installazione di un sistema da 300 kWh ad Aurora, in Colorado, all'inizio del 2024; il sistema dovrebbe essere pienamente operativo entro la fine dell’anno.

Il costo inferiore della batteria al metallo liquido deriva da materiali, chimica e progettazione del sistema più semplici rispetto a quelli agli ioni di litio, nonché dalla sua maggiore durata, afferma Sadoway. “Il concetto di batteria a metallo liquido la rende unica per lo stoccaggio stazionario. Non è infiammabile, a differenza del litio. Ed è resistente allo sbiadimento della capacità. Disponiamo di dati su migliaia di cicli di ricarica, ovvero anni di funzionamento. Questa cosa dovrebbe durare 20 anni e mantenere ancora il 95% della sua capacità. Ti inviterei a trovare qualcuno che abbia una batteria agli ioni di litio funzionante da 20 anni.

Le batterie convenzionali sono generalmente realizzate con due elettrodi solidi – grafite e un ossido di litio metallico nel caso delle batterie agli ioni di litio – e un elettrolita liquido, insieme a separatori, membrane e altri elementi che aggiungono costi. Durante i cicli di carica e scarica, quando gli ioni dell'elettrolita entrano ed escono dagli elettrodi, i materiali solidi si espandono e si contraggono. I cambiamenti ripetuti del volume distruggono le particelle nel tempo, causando la diminuzione della capacità della batteria.

La batteria a metallo liquido di Ambri è costituita da tre strati liquidi impilati insieme in base alla densità. Il più denso, un catodo di antimonio fuso, si trova sul fondo, l'anodo in lega leggera di calcio è sulla parte superiore e l'elettrolita di sale di cloruro di calcio a densità intermedia si trova al centro. "Pensa all'olio per insalata e all'aceto", dice Sadoway, "tranne che qui ci sono tre strati e si separano perché sono immiscibili".

Il design a metallo liquido richiede meno componenti e la chimica si basa sulla lega, quindi non vi è alcuna decomposizione del materiale solido, afferma Sadoway. Durante la scarica, l'anodo di calcio rilascia ioni calcio che si spostano attraverso l'elettrolita fino al catodo, dove formano una lega calcio-antimonio. Il processo si inverte durante la ricarica. "Non c'è membrana, né separatore", afferma Sadoway. “Tutti questi elementi di semplicità si integrano con la resilienza.”

Quando IEEE Spectrum si occupò per la prima volta di Ambri 10 anni fa, l'azienda stava giocando con il litio o il magnesio come anodo. Il passaggio al calcio è servito a mantenere bassi i costi, afferma Sadoway.

Uno svantaggio della nuova chimica della batteria, tuttavia, è stato il lungo viaggio verso l’implementazione. "Quando abbiamo iniziato il percorso verso la commercializzazione, non c'era nessuno su cui fare affidamento", afferma Sadoway. “Tutti i fantastici progressi compiuti nella produzione degli ioni di litio sono praticamente inapplicabili in questo caso. La chimica è diversa, il fattore di forma è diverso. Quindi abbiamo dovuto inventare tutto, compresi i macchinari di produzione”.