- Docente: Davide Fabiani
- Crediti formativi: 6
- SSD: ING-IND/33
- Lingua di insegnamento: Italiano
- Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza
- Campus: Bologna
- Corso: Laurea Magistrale in Ingegneria elettrica (cod. 0933)
Conoscenze e abilità da conseguire
Il corso si propone di fornire le basi per la conoscenza delle tecnologie innovative di cavi per il trasporto dell'energia, di condensatori, batterie, celle a combustibile. Tecnologie dei processi di formazione delle cariche elettrostatiche. Superconduttori per applicazioni industriali.
Contenuti
I Applicazioni delle Nanotecnologie nel
campo elettrico ed energetico
1. Materiali nanostrutturati: principali metodi di
sintesi; caratterizzazione delle proprietà; polimeri/silicati
lamellari; nanotubi di carbonio
2. Cenni alle principali applicazioni
dei materiali nanostrutturati in ambito energetico:
batterie, celle a combustibile, pannelli
fotovoltaici.
II Produzione di energia fotovoltaica
1. Effetto
fotovoltaico. Principali tecnologie nel campo del
fotovoltaico: celle al silicio (monocristallino, policristallino,
amorfo); celle a film sottile, celle organiche.
2. Criteri di progetto di un impianto
fotovoltaico. Esempi di progettazione.
III Sistemi elettrochimici per l'accumulo
dell'energia
1. Principi di
funzionamento delle batterie: pila di Volta e Daniell,
polarizzazione e reversibilità
2. Caratteristiche delle batterie:
tensione, capacità e loro dipendenza da fattori progettuali.
3. Tipi di pile: pile a liquido, pile a
secco (struttura, caratteristiche di scarica, prestazioni).
4. Accumulatori: accumulatori acidi
(reazioni elettrochimiche fondamentali, gassing e accumulatori a
ricombinazione di gas, caratteristiche delle celle al piombo),
accumulatori alcalini (tipi, reazioni elettrochimiche fondamentali,
caratteristiche delle celle al cadmio, batterie sigillate),
accumulatori per automobile.
5. Accumulatori innovativi: celle zinco/aria,
Zebra, al litio-ioni e ai polimeri di litio.
6. Supercondensatori
IV Celle a combustibile
1. Principi di funzionamento della
cella, effetto dei parametri operativi sulle prestazioni.
2. Tipi di celle (AFC, PEMFC, PAFC,
MCFC e SOFC) ed applicazioni.
3. Principali metodologie di produzione
dell'idrogeno (elettrolisi e reforming).
V Componenti a Superconduttori
1. Aspetti generali della
superconduttività: cenni storici, proprietà macroscopiche,
fenomenologia dei superconduttori, superconduttori del I tipo,
temperatura critica campo critico, corrente critica, frequenza
critica e mutui legami, lo stato intermedio e lo stato misto,
superconduttori del II tipo, teoria di London, cenni sulle teorie
di Ginnzburg-Landau e BCS, superconduttori reali e fenomeni di
pinning.
2. Ossidi superconduttori - una nuova
classe di materiali per l'ingegneria elettrica: materiali
superconduttori per le applicazioni elettriche, struttura
cristallina e metodi di preparazione, BSCCO e YBCO, configurazione
dei manufatti superconduttori per applicazioni energetiche.
3. Metodi per la caratterizzazione
elettromagnetica dei superconduttori: misura della corrente
critica, misura della magnetizzazione e ciclo di isteresi.
Esercitazioni di laboratorio.
4. Applicazioni nel settore energetico:
vari tipi di applicazioni (risonanza magnetica, limitatori di
corrente, SMES, motori e trasformatori, cavi a
superconduttori).
VI Tecnologie relative ai processi di formazione
di cariche elettrostatiche
1. Processi microscopici di formazione
delle cariche: modello a bande, meccanismi di carica macro e
microscopici, trasferimento delle cariche.
2. Fenomenologia macroscopica: separazione
di carica per induzione, sfregamento, tempo di carica ed energia
accumulata, scarica. Funzionamento della fotocopiatrice
3. Problemi connessi ai fenomeni
elettrostatici: industria elettronica, ospedali, luoghi con rischio
di esplosione ed incendio, aspetti normativi, prevenzione degli
eventi di scarica.
4. Misura delle grandezze tipiche dei
fenomeni elettrostatici: misura della carica totale, della densità
di carica superficiale, del campo elettrico, dell'energia, misure
per la qualificazione dei componenti, modelli per la simulazione
degli eventi di accumulo e scarica.
Metodi didattici
Il corso si articola in lezioni frontali ed esercitazioni di laboratorio su cariche elettrostatiche, superconduttori, batterie e celle fotovoltaiche.
Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento
Esame orale. Appelli e iscrizione agli esami: ALMAESAMI
Strumenti a supporto della didattica
Le dispense ed i lucidi del corso saranno messi a disposizione degli studenti all'inizio del corso. Si veda il link al materiale didattico.
Orario di ricevimento
Consulta il sito web di Davide Fabiani