Batterie a metallo liquido per l’accumulo di lunga durata

Author: Rinnovabili.it

Il professor Donald Sadoway del MIT, finalista dell’European Inventor Award 2022, con la sua batteria a metallo liquido per lo stoccaggio di energia rinnovabile. Credits: The European Patent Office

Come rendere l’accumulo su scala di rete estremamente economico

(Rinnovabili.it) –  Hanno iniziato come gruppi di continuità nei data center ma oggi puntano direttamente alla rete per fornire flessibilità energetica di fronte all’avanzata delle rinnovabili non programmabili. Parliamo delle batterie metallo liquido di Ambri, spin-off del Massachusetts Institute of Technology (MIT), oggi al centro di un accordo con Xcel Energy, utility energetica  che serve oltre 3,7 milioni di clienti negli Stati Uniti. Alla fine di luglio le due società hanno annunciato  l’avvio di test congiunti per valutare capacità e prestazioni della tecnologia Liquid Metal di Ambri come strumento di accumulo di lunga durata.

“Questo progetto dimostrativo – ha spiegato Justin Tomljanovic, vicepresidente, Corporate Development di Xcel Energy – ci consentirà di esplorare una tecnologia che potrebbe aiutarci a fornire in modo affidabile e costante l’energia da cui dipendono i nostri clienti durante la transizione verso l’energia pulita“. Ma perché puntare su un prodotto ancora di nicchia invece che su una soluzione d’accumulo dalla maggiore maturità? La risposta si trova nelle peculiarità delle nuove batterie a metallo liquido.

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Batterie a metallo liquido, come funzionano?

Le batterie a metallo liquido impiegano pochi elementi facilmente disponibili, sicuri e atossici. Il catodo è realizzato con calcio (Ca) allo stato liquido, l’anodo in particelle di antimonio solido mentre un sale fuso funge da elettrolita. La chimica della cella è stata inventata dal professore del MIT Donald Sadoway e dai suoi studenti oltre dieci anni fa. Negli anni il team ha perfezionato la tecnologia risolvendo i problemi chiave, a cominciare dalla difficoltà di mantenere liquido il calcio. Questo elemento, infatti, ha un punto di fusione sopra gli 840°C, che costringerebbe la batteria a funzionare a temperature poco pratiche.

Ecco perché gli scienziati hanno legato il Ca ad metallo poco costoso, il magnesio, che possiede un punto di fusione molto più basso. La lega risultante fornisce una temperatura operativa più bassa – circa 300 gradi in meno – pur mantenendo l’elevato voltaggio intrinseco del calcio. Nonostante ciò per mantenere liquidi i metalli, hanno bisogno di molto calore. Per risolvere questa sfida Sadoway ha progettato un sistema autoriscaldante e isolato, che non richiede riscaldamento o raffreddamento esterno. 

I risultati hanno convinto Sadoway e il collega David Bradwell, ingegnere del MIT, a lanciare AMBRI e ad affinare la loro tecnologia Liquid Metal. Oggi le batterie a metallo liquido basate sulla chimica calcio-antimonio vantano una durata di oltre 20 anni, possono mantenere il 99% della loro capacità per oltre 5.000 cicli di ricarica. La  tecnologia ha un costo di produzione inferiore a quello delle ricaricabili a ioni di litio, ma risulta più bassa anche la densità di energia. Le celle sono assemblate in scaffali modulari dotati di un sistema di gestione che monitora voltaggio e temperatura di ogni unità e l’elemento riscaldante. Gli scaffali vengono collegati all’interno di un container isolato termicamente per formare un sistema su scala MWh, che viene quindi accoppiato alla rete utilizzando inverter bidirezionali CC-CA industriali standard.

L’accordo Ambri-Xcel Energy

Al momento la batteria a metallo liquido di Ambri è già in uso in uno dei data center della Microsoft; il prossimo passo sarà il test annunciato con Xcel Energy, la prima installazione segnalata da un utility. Le due realtà metteranno alla prova un sistema da 300 kWh presso il Solar Technology Acceleration Center (SolarTAC), in Colorado, per la durata di un anno. I lavori di installazione dovrebbe prendere il via all’inizio del prossimo anno, per entrare nella fase operativa entro la fine del 2024. Il progetto pilota testerà vari casi d’uso, tra cui l’integrazione solare ed eolica, la gestione della capacità, la flessibilità e la fornitura di servizi ancillari. L’iniziativa utilizzerà la piattaforma GridNXT Microgrid presso il SolarTAC per integrare più fonti rinnovabili, insieme a inverter, banchi di carico e connessioni e comunicazioni di distribuzione trifase.