91961 - ELECTROCHEMICAL ENERGY STORAGE AND CONVERSION M

Scheda insegnamento

SDGs

L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.

Energia pulita e accessibile

Anno Accademico 2022/2023

Conoscenze e abilità da conseguire

Obiettivi del corso sono: 1. Acquisire una metodologia di analisi dei sistemi di accumulo dell’energia utilizzati in ambito automobilistico, con particolare riferimento ai sistemi basati su batterie al litio. 2. Conoscere e comprendere i fondamenti della chimica di cella, le caratteristiche dei materiali utilizzati e le principali problematiche connesse al processo produttivo. 3. Classificare le diverse chimiche di cella e le tecnologie costruttive in associazione alle diverse possibili applicazioni in ambito automotive. 4. Apprendere la metodologia di modellazione delle celle al litio ai fini della rappresentazione della loro caratteristica esterna e della variabilità dei parametri di cella 5. Conoscere le principali problematiche legate alla formazione di pacchi di celle collegate in serie/parallelo. 6. Apprendere la metodologia di progetto di un sistema di accumulo. 7.Sviluppare la capacità di analizzare soluzioni di accumulo elettrochimico innovative. 8. Apprendere i fondamenti di sistemi di accumulo alternativi alle batterie: supercondensatori e volani.

Contenuti

l corso è diviso in due moduli tenuti da due diversi docenti:

Prof.ssa Francesca Soavi, Elettrochimica dei sistemi di conversione accumulo dell’energia, 3 CFU

Prof. Davide Pontara, Applicazione delle batterie nel trasporto, 3CFU

I docenti copriranno in maniera esaustiva e senza discontinuità il programma riportato qui sotto, per chiarezza, in maniera compatta.

Batterie a ioni di litio. Tecnologia

Reazioni elettrochimiche di base.

Proprietà chimico-fisiche e reattività dei diversi componenti: catodo, anodo, separatore e elettrolita.

Funzionamento, stabilità, sicurezza ed invecchiamento delle batterie litio-ione.

Caratteristiche degli elementi accessori: collettore, contenitore, sistemi di protezione.

Protocolli standard di caratterizzazione e di validazione.

Selezione della tecnologia per le diverse applicazioni (LIFePO4, Li-ossidi metallici).

Nuove tipologie di batterie, es. litio-aria.

Caratteristiche ed entità del settore produttivo delle batterie al litio e loro utilizzo.

Classificazione dei sistemi di accumulo in funzione di applicazione in ambito automobilistico (BEV, HEV, PHEV) e loro collocazione sul diagramma di Ragone.

Batterie a Ioni di litio. Modello

Modello semplificato ed accurato a parametri concentrati di una cella al litio.

Stima del livello di carica (SOC) di una batteria al litio.

Influenza di SOC, numero di cicli, temperatura, durata di vita sui parametri di cella.

Effetto della variabilità dei parametri sulla caratteristica esterna della cella.

Metodi di determinazione dei parametri di cella da prove sperimentali.

Valutazione prestazionale della cella al litio.

Limiti di funzionamento durante i processi di carica e scarica.

Pacco batteria e sistema di gestione batterie

Criteri di selezione della tensione ottimale del pacco.

Criteri di dimensionamento di pacchi batteria mediante connessione di celle in serie/parallelo.

Effetto della dispersione dei parametri di cella nella definizione delle condizioni di limitazione di carica e scarica.

Equalizzazione delle batterie.

Equalizzazione attiva e passiva.

Funzionalità richieste ad un sistema di gestione batteria (BMS) e interfacciamento con altri sistemi di conversione.

Architetture possibili per BMS

Controllo termico del pacco batteria.

Funzioni di sicurezza e normativa di riferimento nella gestione delle celle al lito.

Altri sistemi di accumulo.

Sistemi di accumulo ad elevata densità di potenza: supercondensatore, volano (KERS).

Caratteristiche generali, problematiche costruttive e di impiego. Modelli semplificati. Esempi di dimensionamento di sistemi per applicazione automobilistica.

Testi/Bibliografia

•T.F. Fuller, J. N. Harb, Electrochemical Engineering,Wiley

A lezione verranno date indicazioni sui testi di riferimento, tutti disponibili nelle biblioteche. Verranno inoltre forniti articoli e review di supporto.

Metodi didattici

Lezioni frontali in cui verranno affrontati alcuni aspetti di base dei sistemi elettrochimici di accumulo e conversione dell'energia, lo stato della tecnologia di alcuni dispositivi e alcuni aspetti della ricerca e sviluppo di materiali per batterie al litio e supercondensatori.

Sono previste esercitazioni pratiche al calcolatore per la realizzazione dei modelli numerici dei diversi sistemi di accumulo e prove pratiche in laboratorio per la determinazione a banco dei parametri di cella.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La prova finale è orale e mira a verificare, sulla base di un argomento a scelta dello studente e di due o più domande sui principali argomenti trattati, sia l'acquisizione delle conoscenze previste dal programma del corso che la capacità dello studente di sapersi muovere all'interno degli argomenti trattati, anche utilizzando il materiale bibliografico fornito dal docente.

Strumenti a supporto della didattica

Verranno fornite le presentazioni in power point utilizzate durante le lezioni e materiale di approfondimento. Tale materiale viene messo a disposizione dello studente in formato elettronico tramite internet. Le presentazioni in power point utilizzate durante le lezioni saranno caricate in anticipo rispetto alle lezioni corrispondenti. Si suggerisce di stampare le presentazioni e portarle a lezione.


Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Francesca Soavi

Consulta il sito web di Davide Pontara