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Oggi chiudiamo questo affascinante percorso tra i progetti più innovativi del Politecnico di Torino parlandovi di un dispositivo che potrebbe fare la differenza nella crescita del mercato dei veicoli elettrici di domani, o persino in altri campi in cui il suo utilizzo non è nemmeno stato immaginato. Si tratta di HEP (High Energy High Power), un innovativo dispositivo ibrido di tipo elettrochimico, che unisce una cella litio-zolfo a un super condensatore, al fine di fornire alta energia e/o alta potenza. Il dispositivo, la cui unicità consiste nella sua auto-capacità di commutazione da alta corrente a bassa corrente e viceversa, è in grado di fornire una soluzione alternativa più efficiente e meno costosa alle batterie tradizionali, garantendo agli autoveicoli elettrici maggior autonomia, velocità superiori e un’accresciuta capacità di recuperare energia dalla frenata.
Da quando l’ateneo torinese ha varato l’iniziativa POC (Proof Of Concept), nel 2016, ha avuto la non comune capacità di valorizzare i suoi progetti interni più all’avanguardia, affinché la carica innovativa che li contraddistingue fosse in grado di abbandonare gli angusti ambiti accademici per raggiungere il mercato di riferimento, con buone probabilità di rivoluzionarlo. Un destino comune anche a quest’ultimo progetto, che proprio all’interno dell’iniziativa ha avuto modo di raggiungere una maturità tale per potersi instradare verso l’industrializzazione e la commercializzazione vera e propria.
Al progetto, che va avanti da circa 20 mesi, partecipano i docenti del DISAT (Dipartimento Scienza Applicata e Tecnologia) Silvia Bodoardo, Fabrizio Pirri, Carlotta Francia e Andrea Lamberti, i ricercatori Julia Amici e Mara Serrapede, i dottorandi Daniele Versaci e Pietro Zaccagnini, il borsista Claudia Torchio e l’assegnista di ricerca Mojtaba Alidoost.
Ma perché questa soluzione di stoccaggio energetico è così vantaggiosa per l’evoluzione del settore delle automobili elettriche? Si prevede che, entro il 2030, questo tipo di automobili costituirà il 51% dell’intero mercato, ma affinché ciò avvenga è necessario che il loro costo sia concorrenziale ed esso è rappresentato per ben il 57% dalle batterie. È evidente dunque che per far sì che le auto elettriche si affermino sul mercato il loro prezzo scenda e ciò sarà possibile soltanto trovando alternative alle batterie attuali.
“HEP è un dispositivo elettrochimico costituito da una cella elettrochimica con design innovativo. Tale sistema è in grado di commutare da alta energia ad alta potenza in modo autonomo e senza bisogno di un dispositivo elettronico di supporto”, ci ha spiegato la Bodoardo.
“La densità di energia che HEP è in grado di accumulare ed erogare può raggiungere valori fino a cinque volte superiori rispetto a quelli di cui sono capaci le comuni celle litio ione utilizzate oggi. La potenza erogata è dunque quella tipica dei super condensatori, caratteristica che rende così possibile sia la ricarica rapida che le accelerazioni veloci. Le maggiori applicazioni sono possibili nell’ambito automotive, ma certamente anche il settore delle energie stazionarie potrebbe essere avvantaggiato da tale dispositivo. Inoltre, essendo un dispositivo completamente nuovo, saranno trovate nuove applicazioni oggi non in essere”.
L’attuale ricerca si basa sull’ottimizzazione di una cella a base di zolfo che, come detto, permette il raggiungimento di densità di energia fino a cinque volte maggiori delle densità di energia delle celle litio ione commerciali. Grazie a questa enorme capacità e al fatto di utilizzare materiali abbondantemente presenti in natura e di facile reperimento come lo zolfo, HEP è dunque anche poco costoso e notevolmente sostenibile: potrà quindi contribuire al drastico contenimento dei costi dei veicoli elettrici, dei quali, come abbiamo appena visto, ne può migliorare inoltre autonomia e prestazioni.
Ma questi non sono gli unici “segreti” del dispositivo HEP. “Oggi risultati simili possono essere ottenuti tipicamente accoppiando una batteria tradizionale e un super condensatore, attraverso un complicato sistema elettronico che deve mediare il passaggio da alta potenza ad alta energia, riducendo però la velocità di commutazione e appesantendo l’intero sistema. HEP semplifica in modo molto evidente il tutto, in quanto non contiene dispositivi elettronici, ma è un ibrido interno”, ha aggiunto ancora la professoressa Bodoardo.
“Per il prosieguo di questo progetto l’obiettivo è quello di realizzare un dispositivo, sempre in scala di laboratorio, ma che possa permettere l’ottenimento di risultati ripetibili e più stabili oltre ad una ottimizzazione dell’intero sistema per garantire lunga ciclabilità” afferma ancora la Professoressa riferendosi ai primi futuri sviluppi. Il team ha come obiettivi a lungo termine la realizzazione di un modello di HEP in scala industriale, dopo aver lavorato per la fase di sperimentazione preliminare su modelli di minori dimensioni, e lo sviluppo di altri tipi di dispositivi ibridi per aumentare ulteriormente le densità di energia e di potenza stoccabile.