Sviluppo di un modello di una batteria a flusso vanadio-vanadio

This work is about vanadium redox flow batteries technology, an energy storage system that has been developed since the early 70's, initially within a NASA project and then carried on by Maria Skyllas-Kazacos at New South Wales University, Australia. Due to its favorable features, in the last years the topic got a lot of hype for researchers and scientific community all over the world: the growth of renewable electric power production lifted the storage topic to a level of strategic importance. The main issue is to design efficient and sustainable technologies to satisfy the needs of electric grid and environment. Flow batteries own unic features that make them the ideal fit for renewable power sources plants, with unlimited possibility of scale up in power and energy, low specific cost, and no issues concerning their coupling with large scale plants. All these characteristics are very suitable in all modern energy and environmental policies. To date, although laboratories and scientists are investigating the argument worldwide, there is a lack of comprehension of electrochemical fenomena occurring in a flow battery, and the available litterature is scarse and definetely not enough for a solid understanding. In this work is presented an innovative modeling of what happens at membrane-electrode interface, that will be use to develop a cell and system model, with the objective to describe how happen the reversible loss of capacity during charging and discharging cycles.

Il presente lavoro ha come argomento la tecnologia delle batterie a flusso al vanadio, un sistema di accumulo dell’energia il cui sviluppo ha avuto inizio nella seconda metà degli anni ’70 nell’ambito di un progetto della NASA, per poi essere ulteriormente sviluppato da Maria Skyllas-Kazacos all’università del Nuovo Galles del Sud, in Australia. A causa delle sue vantaggiose caratteristiche, negli ultimi anni si è registrata una crescente attenzione da parte della comunità scientifica internazionale per l’argomento: con l’aumento della produzione elettrica da fonti rinnovabili sta divenendo sempre più importante e strategico trovare sistemi di accumulo efficienti e sostenibili. Le batterie a flusso posseggono infatti caratteristiche tali per cui sono ideali per un accoppiamento con impianti rinnovabili di media e grande taglia, hanno un costo specifico contenuto, e non presentano particolari problematiche riguardo alla loro sostenibilità nel caso di una applicazione su grande scala; tutte caratteristiche centrali nelle moderne politiche energetiche dei paesi sviluppati. Ci si trova in una fase in cui, nonostante laboratori e ricercatori di tutto il mondo si stiano occupando intensamente dell'argomento, la piena comprensione dei fenomeni elettrochimici di una flow battery non è ancora stata raggiunta, e la letteratura presente al riguardo è scarsa. Si propone in questo lavoro una modellazione innovativa dei fenomeni che avvengono all'interfaccia elettrodo-membrana, che sarà utilizzata per la realizzazione di un modello di cella e di sistema, per descrivere come avviene la perdita reversibile della capacità di accumulo del sistema.