La batteria redox a flusso Vanadio/Vanadio è un sistema che presenta notevoli aspetti di complessità se sono presi in considerazione tutti i fenomeni che avvengono durante il suo funzionamento. Trascurando la complessità della gestione meccanica e costruttiva che deve tener conto della necessità di circolare grandi quantità di soluzioni molto corrosive, i singoli componenti della cella, elettrodi, membrana e piatti, presentano tutti problemi che ne condizionano pesantemente il funzionamento. Gli elettrodi, generalmente costituiti da feltri di grafite, devono essere condizionati opportunamente per facilitare le reazioni elettrodiche. La membrana, che materialmente separa i compartimenti anodico e catodico impedendo il contatto diretto dei reattivi, deve essere il più possibile resistente, stabile e selettiva. I piatti, in genere bipolari, devono essere costruiti in modo da distribuire uniformemente le soluzioni su tutta la superficie dei feltri di grafite in modo da non creare squilibri di concentrazione. Tutti questi problemi sono ampiamente trattati in letteratura e, visto l’interesse che questo tipo di batteria sta avendo per diverse applicazioni, il numero dei lavori in letteratura sta crescendo in modo esponenziale. Di particolare interesse sono i lavori relativi alla costruzione di modelli [1-11] con l’intento di elucidare ed aumentare la comprensione dei vari tipi di fenomeni che governano nel tempo l’evoluzione del sistema specialmente per quanto riguarda la perdita di capacità con l’aumentare del numero dei cicli. Questo è causato da sbilanciamento delle concentrazioni delle varie specie nei comparti anodico e catodico e richiede interventi di manutenzione. Altro problema di non poco conto è la ricerca di un metodo semplice e affidabile per la determinazione dello stato di carica (SOC) della batteria. In questo quadro le ricerche svolte nell’anno precedente erano state rivolte in modo prevalente allo studio di un sistema basato sull’analisi spettrometrica UV-Visibile per la determinazione dello SOC. Il sistema individuato prevedeva la correlazione del potenziale a circuito aperto (OCV) misurato con una cella alimentata dai flussi in uscita dal reattore principale con gli spettri UV-Visibile misurati con celle a flusso con cammino ottico pari a 0.2 mm in serie alla cella di misura dell’OCV. I risultati non sono stati ottimali vista la variabilità degli spettri con l’SOC a causa della non linearità della legge di Lambert-Beer a concentrazioni elevate e della complessità degli spettri stessi. Contemporaneamente è stato messo a punto un sistema basato sulla coulometria a potenziale controllato per la determinazione delle concentrazioni delle varie specie. Nel corso di quest’anno l’attenzione è stata rivolta principalmente alla messa a punto di un metodo di determinazione delle concentrazioni delle varie specie (speciazione) utilizzando titolazioni potenziomentriche. Il sistema messo a punto permette di determinare lo stato di carica della cella, l’entità dello sbilanciamento ed ha il vantaggio di essere rapido e facilmente implementabile a basso costo con l’uso di titolatori automatici. I risultati ottenuti, inseriti in un sistema di gestione, possono facilmente essere la base per decidere i tempi e il tipo d’intervento necessario a riportare la cella nelle condizioni ottimali di funzionamento.

Ricerca di Sistema Elettrico. Completamento e sviluppo dei modelli per celle a flusso V/V. Report RdS/PAR2013/185

CALCATERRA, SILVIA;NOBILI, Francesco;MARASSI, Roberto
2014-01-01

Abstract

La batteria redox a flusso Vanadio/Vanadio è un sistema che presenta notevoli aspetti di complessità se sono presi in considerazione tutti i fenomeni che avvengono durante il suo funzionamento. Trascurando la complessità della gestione meccanica e costruttiva che deve tener conto della necessità di circolare grandi quantità di soluzioni molto corrosive, i singoli componenti della cella, elettrodi, membrana e piatti, presentano tutti problemi che ne condizionano pesantemente il funzionamento. Gli elettrodi, generalmente costituiti da feltri di grafite, devono essere condizionati opportunamente per facilitare le reazioni elettrodiche. La membrana, che materialmente separa i compartimenti anodico e catodico impedendo il contatto diretto dei reattivi, deve essere il più possibile resistente, stabile e selettiva. I piatti, in genere bipolari, devono essere costruiti in modo da distribuire uniformemente le soluzioni su tutta la superficie dei feltri di grafite in modo da non creare squilibri di concentrazione. Tutti questi problemi sono ampiamente trattati in letteratura e, visto l’interesse che questo tipo di batteria sta avendo per diverse applicazioni, il numero dei lavori in letteratura sta crescendo in modo esponenziale. Di particolare interesse sono i lavori relativi alla costruzione di modelli [1-11] con l’intento di elucidare ed aumentare la comprensione dei vari tipi di fenomeni che governano nel tempo l’evoluzione del sistema specialmente per quanto riguarda la perdita di capacità con l’aumentare del numero dei cicli. Questo è causato da sbilanciamento delle concentrazioni delle varie specie nei comparti anodico e catodico e richiede interventi di manutenzione. Altro problema di non poco conto è la ricerca di un metodo semplice e affidabile per la determinazione dello stato di carica (SOC) della batteria. In questo quadro le ricerche svolte nell’anno precedente erano state rivolte in modo prevalente allo studio di un sistema basato sull’analisi spettrometrica UV-Visibile per la determinazione dello SOC. Il sistema individuato prevedeva la correlazione del potenziale a circuito aperto (OCV) misurato con una cella alimentata dai flussi in uscita dal reattore principale con gli spettri UV-Visibile misurati con celle a flusso con cammino ottico pari a 0.2 mm in serie alla cella di misura dell’OCV. I risultati non sono stati ottimali vista la variabilità degli spettri con l’SOC a causa della non linearità della legge di Lambert-Beer a concentrazioni elevate e della complessità degli spettri stessi. Contemporaneamente è stato messo a punto un sistema basato sulla coulometria a potenziale controllato per la determinazione delle concentrazioni delle varie specie. Nel corso di quest’anno l’attenzione è stata rivolta principalmente alla messa a punto di un metodo di determinazione delle concentrazioni delle varie specie (speciazione) utilizzando titolazioni potenziomentriche. Il sistema messo a punto permette di determinare lo stato di carica della cella, l’entità dello sbilanciamento ed ha il vantaggio di essere rapido e facilmente implementabile a basso costo con l’uso di titolatori automatici. I risultati ottenuti, inseriti in un sistema di gestione, possono facilmente essere la base per decidere i tempi e il tipo d’intervento necessario a riportare la cella nelle condizioni ottimali di funzionamento.
2014
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