Analisi dei materiali per i sistemi di accumulo di energia
Analisi dei materiali per l'accumulo di calore, idrogeno e a cambiamento di fase
L’accumulo di energia è un elemento fondamentale della transizione energetica. Poiché le fonti di energia rinnovabile come il sole e il vento non sono disponibili in modo continuo, le tecnologie di accumulo efficienti stanno assumendo un’importanza sempre maggiore. I moderni sistemi di accumulo dell’energia consentono di utilizzare l’energia in un secondo momento e contribuiscono a stabilizzare i sistemi energetici.
Lo sviluppo di materiali ad alta capacità di accumulo richiede una conoscenza approfondita delle loro proprietà termiche, fisiche e chimiche. I moderni metodi di analisi forniscono informazioni importanti sulla capacità di accumulo, il trasferimento di calore, la stabilità termica e il comportamento a lungo termine.
Con oltre 69 anni di esperienza, LINSEIS offre soluzioni per la caratterizzazione dei materiali per l’accumulo di energia nei settori della ricerca, dello sviluppo e del controllo qualità industriale.
Le sfide tipiche dei sistemi energetici moderni
Questioni rilevanti
- Quanta energia può immagazzinare un materiale?
- Qual è la capacità termica di un mezzo di accumulo?
- Quali transizioni di fase si verificano durante lo stoccaggio?
- Con quale velocità si può assorbire e rilasciare calore?
- Come cambia la capacità di memoria nel corso di molti cicli?
- Quali materiali sono adatti per gli accumulatori ad alta temperatura?
- In che modo la conducibilità termica influisce sulle prestazioni di accumulo?
- Quanto sono stabili i materiali di accumulo nel funzionamento a lungo termine?
Parametri rilevanti relativi ai materiali e ai processi
| Parametri | Significato |
|---|---|
| Capacità termica | Capacità di un materiale di immagazzinare energia |
| Conducibilità termica | Flusso di calore efficiente nell’accumulatore |
| Diffusività termica | Velocità di diffusione del calore |
| Temperatura di fusione | Idoneità per applicazioni PCM |
| Transizioni di fase | Accumulo e rilascio di energia |
| Stabilità termica | Comportamento in condizioni operative |
| Stabilità del ciclo | Prestazioni di archiviazione a lungo termine |
| Capacità di accumulo | Valutazione della densità energetica |
Metodi di misurazione per i materiali di accumulo di energia
Calorimetria a differenza dinamica (DSC)
Il DSC studia i trasferimenti termici e i processi di accumulo di calore nei materiali per l’accumulo di energia.
Analisi di
- Processi di fusione
- Cristallizzazione
- Transizioni di fase
- Capacità termica
Applicazioni tipiche
- Materiali PCM
- Accumulatore di calore latente
- Sistemi di salatura
- Accumulatori termici
Analisi termica simultanea (STA)
La STA combina in un’unica analisi le misurazioni del flusso termico e della variazione di massa.
Analisi di
- Processi di decomposizione
- Stabilità del materiale
- Comportamento reattivo
- Processi ad alta temperatura
Applicazioni tipiche
- Sali fusi
- Materiali assorbenti
- Accumulatori di energia
- Materiali funzionali
Strumenti di misura consigliati per la tecnologia energetica
STA L81
Esempio pratico: analisi di un materiale per l'accumulo di energia
Miglioramento della conducibilità termica dei materiali a cambiamento di fase modificati con grafite
Misure LFA effettuate con il Linseis LFA L51 , mostrano l’influenza delle nanoparticelle di grafite sulla conducibilità termica dei materiali a cambiamento di fase (PCM). I risultati evidenziano come, attraverso una modifica mirata dei materiali, sia possibile migliorare il trasferimento di calore e, di conseguenza, le prestazioni degli accumulatori di energia termica. Scarica il white paper per saperne di più sulla configurazione di misura, sulle proprietà termofisiche e sulla loro rilevanza industriale.
Perché l’analisi dei materiali è fondamentale per i sistemi di accumulo di energia
Le prestazioni di un sistema di accumulo energetico dipendono in gran parte dalle caratteristiche dei materiali che lo compongono. La conducibilità termica, la capacità termica, le transizioni di fase e la stabilità termica influenzano la densità di accumulo, l’efficienza e la durata.
La combinazione di moderne tecniche di analisi permette di:
- Sviluppo di materiali di accumulo ad alte prestazioni
- Ottimizzazione degli accumulatori di calore e di energia
- Studio dei materiali a cambiamento di fase (PCM)
- Caratterizzazione dei sistemi di stoccaggio dell’idrogeno
- Valutazione della stabilità a lungo termine e dell’invecchiamento
- Miglioramento dei processi di carico e scarico
Applicazioni – Energia e batterie
FAQ – Sistemi di accumulo di energia
Quali materiali vengono utilizzati come mezzi di accumulo di energia?
Tra i principali mezzi di accumulo di energia ci sono i materiali a cambiamento di fase (PCM), i sali fusi, gli accumulatori termici ceramici, i materiali di assorbimento e gli accumulatori di idrogeno come gli idruri metallici o i MOF.
Perché la conducibilità termica è importante per i sistemi di accumulo di energia?
La conducibilità termica determina la velocità con cui l’energia può essere assorbita, distribuita e nuovamente rilasciata all’interno di un materiale di accumulo. Influisce quindi direttamente sull’efficienza dell’accumulatore.
Come si caratterizzano i materiali a cambiamento di fase?
I materiali a cambiamento di fase vengono spesso analizzati con DSC, STA e LFA per determinare le temperature di fusione, le transizioni di fase, le capacità termiche e la conducibilità termica.
Che ruolo hanno i sali fusi nei sistemi di accumulo di energia?
I sali fusi vengono utilizzati come accumulatori di calore ad alta temperatura e permettono di immagazzinare grandi quantità di energia, ad esempio nelle centrali solari termiche.
Come si studia la stabilità a lungo termine dei materiali di memoria?
Grazie ai programmi TGA, STA e ai programmi di temperatura ciclici, è possibile analizzare l’invecchiamento, la degradazione del materiale e le variazioni delle proprietà di accumulo nel corso di lunghi periodi di funzionamento.
Perché i sistemi di accumulo dell'energia sono importanti per la transizione energetica?
I sistemi di accumulo dell’energia permettono di utilizzare le energie rinnovabili in un secondo momento e contribuiscono a compensare le fluttuazioni nella produzione di energia e a garantire la sicurezza dell’approvvigionamento.
