Solar Magazine – I ricercatori di Eindhoven possono esaminare l'interno delle batterie con la nuova tecnologia

L’imaging dei neutroni basato sull’imaging a raggi X consente la visualizzazione del funzionamento interno delle batterie a flusso redox, che a sua volta offre nuove opportunità per il miglioramento delle batterie.

Linee guida
Una collaborazione internazionale – tra TU/e, il Massachusetts Institute of Technology (MIT) e il Paul Scherrer Institute in Svizzera (PSI) – guidata dal ricercatore TU/e ​​Antoni Forner-Cenca, ha sviluppato il nuovo metodo di ricerca.

Secondo Forner-Cuenca, le immagini forniscono ispirazione e guida per nuove idee e soluzioni. Questo metodo può aiutare a sviluppare ulteriormente le batterie a flusso redox. “Il nostro metodo è il risultato della sperimentazione e del prestito da diversi campi scientifici. È un buon esempio dell’importanza della ricerca guidata dalla curiosità attraverso le discipline.

concentrazione
“La batteria a flusso contiene fluidi in movimento, il cosiddetto elettrolita”, continua Forner-Cenca. “Una corrente elettrica scorre attraverso la cella quando la batteria viene caricata o scaricata. Di conseguenza, gli ioni e le molecole redox nell'elettrolita iniziano a muoversi in direzioni diverse, portando a cambiamenti nella concentrazione delle molecole prestazioni e durata della batteria, ma fino ad ora questo sistema è rimasto come una scatola nera, la capacità di guardare all'interno di una batteria funzionante e visualizzare le distribuzioni di concentrazione migliorerà notevolmente la nostra comprensione del sistema.

Un fattore importante nel funzionamento di questa batteria è rimasto finora sconosciuto, cosa che ha fatto riflettere Forner-Cenca. “Anche il nostro corpo è costituito in gran parte da liquidi, vale a dire acqua. I raggi X passano attraverso di essa e interagiscono con gli elementi più pesanti nelle ossa, permettendoti di vederli senza intaccare le molecole presenti negli elettroliti liquidi.

Nuova applicazione
Il ricercatore continua: “Sfruttando la proprietà fondamentale dell'interazione dei neutroni con molecole specifiche, stiamo utilizzando per la prima volta l'imaging dei neutroni per visualizzare le concentrazioni di molecole nelle batterie a flusso”.

In altre parole, una nuova applicazione della scienza esistente. “La tecnologia in sé non è nuova; ad esempio, è già utilizzata dai musei per vedere di cosa sono fatti gli oggetti storici senza danneggiarli. Ma ora possiamo usarla anche per visualizzare i fluidi in movimento, come nelle batterie a flusso redox”.

Ogni 30 secondi
Tuttavia, il metodo sviluppato da Forner-Cuenca e dal suo team è più laborioso dell’imaging a raggi X e può essere paragonato all’animazione stop-motion. “Per monitorare come cambia la concentrazione dei fluidi nella batteria in tempo reale, scattiamo costantemente immagini della serie di neutroni che passano attraverso la batteria ogni 30 secondi. Combiniamo queste immagini, per così dire, per creare un video che mostra come cambia la concentrazione cambia durante il funzionamento della batteria.

La progettazione degli esperimenti ha permesso al team di Forner-Cuenca di guardare letteralmente all'interno della batteria a flusso. Responsabile degli esperimenti è stato un team di tre dottorandi insieme a Wörner-Cuenca: Rémy Jacquemond, Maxime van der Heijden ed Emre Bose, che si sono tutti laureati con successo.

Capisce
Secondo Forner-Cuenca, visualizzare l’azione dei fluidi nelle batterie a flusso redox è importante per diversi motivi. “Se comprendiamo i processi che avvengono in una batteria, possiamo sviluppare sistemi con prestazioni migliori che funzionano in modo più efficiente e hanno una durata più lunga. Poiché vengono utilizzati principalmente per immagazzinare energia rinnovabile dal sole e dal vento, speriamo di contribuire a questo la transizione energetica”.

Ma come ogni nuova tecnologia, offre anche altre possibilità per il futuro. Forner-Cuenca conclude: “I reattori chimici, ad esempio, vengono utilizzati per realizzare tutti i tipi di prodotti, come plastica, cosmetici e prodotti farmaceutici. Poiché il nostro metodo consente la visualizzazione di molecole organiche in soluzione, prevediamo che anche altre applicazioni industriali ne trarranno vantaggio la nostra tecnologia di imaging.”