Accumulo di energia elettricacomprende principalmente l'accumulo di energia dei supercondensatori e l'accumulo di energia dei superconduttori. Il primo immagazzina energia elettrica in un campo elettrico, mentre il secondo immagazzina energia elettrica in un campo magnetico. Lo stoccaggio dell'energia elettrica presenta vantaggi significativi in termini di densità di potenza e durata del ciclo, può ridurre l'impatto di interruzioni di corrente istantanee, sopprimere le oscillazioni di potenza a bassa-frequenza nella rete e migliorare le caratteristiche di tensione e frequenza.
Accumulo di energia tramite supercondensatori
I supercondensatori, noti anche come condensatori elettrochimici, sono dispositivi di accumulo di energia che immagazzinano energia attraverso l'accumulo di carica sulla superficie dell'elettrodo. Il loro meccanismo di accumulo dell'energia è diverso dalle batterie tradizionali; immagazzinano energia attraverso la carica formata dal doppio strato all'interfaccia dell'elettrodo-elettrolita. I supercondensatori possiedono una densità di potenza estremamente elevata, una durata di ciclo ultra-lunga e capacità di carica-scarica rapida, trovando così un'applicazione diffusa nei veicoli elettrici, nei sistemi di frenatura rigenerativa, negli alimentatori di riserva e nella regolazione della frequenza di rete. Tuttavia, la densità di energia dei supercondensatori è relativamente bassa, molto inferiore a quella delle batterie agli ioni di litio-, il che li rende adatti per applicazioni che richiedono applicazioni a breve-termine e ad alta-potenza. In futuro, con i progressi nella scienza dei materiali, si prevede che la densità energetica dei supercondensatori aumenterà ulteriormente, espandendo così le loro applicazioni nel mercato dello stoccaggio dell’energia.
I supercondensatori possono essere classificati principalmente in tre categorie: condensatori elettrici a doppio strato-, condensatori di Faraday e supercondensatori ibridi. I condensatori elettrici a doppio strato- utilizzano materiali di carbonio come elettrodi, dove la separazione della carica avviene nell'interfaccia solido-liquido formata dal contatto con l'elettrolita, creando una struttura elettrica a doppio-strato. Questi condensatori subiscono processi fisici di adsorbimento e desorbimento della carica durante la carica e la scarica. Sebbene i condensatori elettrici a doppio strato- possiedano un'elevata densità di potenza e una lunga durata, la loro densità di energia è relativamente bassa. Attualmente, questi dispositivi hanno raggiunto un'applicazione commerciale.
I condensatori di Faraday utilizzano ossidi metallici o polimeri conduttivi come materiali elettrodici, dove la capacità di adsorbimento si forma attraverso reazioni redox sulla superficie e sulle regioni poco profonde di questi materiali. Il principio di funzionamento di questo tipo di condensatori è simile al processo di reazione di una batteria; date aree superficiali dell'elettrodo simili, può fornire molte volte la capacità di un condensatore elettrico a doppio-strato. Tuttavia, in termini di caratteristiche di potenza per scarica istantanea di corrente elevata-e durata del ciclo, i condensatori di Faraday non offrono le stesse prestazioni dei condensatori elettrici a doppio-strato. Inoltre, i condensatori di Faraday devono affrontare sfide quali gli elevati costi di produzione e la tecnologia non ancora completamente matura.
I supercondensatori ibridi sono rinomati per la loro elevata densità di energia e la lunga durata. Anche se attualmente nelle prime fasi di commercializzazione, possiedono un enorme potenziale di sviluppo futuro.
Accumulo di energia superconduttiva
L'accumulo di energia superconduttore è una tecnologia di accumulo di energia elettromagnetica che utilizza superconduttori per immagazzinare energia elettrica in uno stato-senza resistenza. Il suo principio di funzionamento prevede la generazione di un forte campo magnetico attraverso una corrente continua in una bobina superconduttrice, immagazzinando così energia e rilasciandola attraverso la scarica di corrente quando necessario. Poiché i superconduttori non hanno resistenza alle basse temperature, i sistemi di accumulo di energia superconduttori possono raggiungere efficienze di carica e scarica estremamente elevate praticamente senza alcuna perdita di energia. Inoltre, l'accumulo di energia superconduttore ha tempi di risposta estremamente rapidi, ottenendo carica e scarica in millisecondi, rendendolo adatto per la regolazione istantanea della tensione e il controllo della frequenza nei sistemi di alimentazione. Tuttavia, il costo dei sistemi di accumulo dell’energia superconduttori è elevato, limitato principalmente dallo sviluppo di materiali superconduttori e dalla tecnologia di raffreddamento criogenico. Pertanto, le applicazioni attuali sono per lo più concentrate in campi speciali che richiedono stoccaggio di energia ad alta-potenza e a breve-termine, come la stabilità della rete e le attrezzature militari.
I materiali superconduttori comuni includono superconduttori a bassa-temperatura come Nb-Ti e Nb3Sn e superconduttori ad alta-temperatura come l'ossido di rame ittrio bario (YBCO) e l'ossido di rame calcio bismuto stronzio (BSCCO). I superconduttori ad alta-temperatura hanno temperature critiche più elevate rispetto ai superconduttori a bassa-temperatura, riducendo i requisiti di raffreddamento e rendendo i sistemi di accumulo di energia superconduttori più pratici ed economici.