Spinti dagli obiettivi di transizione energetica globale e di neutralità carbonica, i sistemi di stoccaggio dell'energia, in quanto collegamento cruciale tra energia rinnovabile e sistema energetico, hanno ricevuto investimenti continui e approfonditi da parte del mondo accademico e dell'industria nel loro sviluppo tecnologico. Negli ultimi anni, i molteplici sforzi incentrati sul miglioramento della densità energetica, sull'estensione del ciclo di vita, sul miglioramento delle prestazioni di sicurezza e sulla riduzione dei costi hanno prodotto progressi significativi nello stoccaggio dell'energia elettrochimica, nello stoccaggio fisico dell'energia e nell'integrazione dei sistemi, accelerando la transizione della tecnologia di stoccaggio dell'energia dalla verifica di laboratorio all'applicazione su larga-scala.
Lo stoccaggio elettrochimico dell'energia rimane l'area di ricerca più attiva, con le batterie agli ioni di litio- che mantengono una posizione dominante grazie alla loro elevata densità di energia e alla catena industriale matura. L'esplorazione di nuovi sistemi di materiali è particolarmente importante: la combinazione di batterie ternarie ad alto-nichel e anodi a base di silicio-continua a migliorare la capacità specifica; I materiali strutturati con olivina-come il fosfato di litio e manganese sono diventati punti caldi della ricerca per sostituire il tradizionale fosfato di litio e ferro grazie alla combinazione di vantaggi in termini di sicurezza e costi. La ricerca sulle batterie-allo stato solido, con un potenziale dirompente ancora maggiore, ha raggiunto risultati graduali. Utilizzando elettroliti polimerici o di ossido invece di elettroliti liquidi, il rischio di fuga termica è stato notevolmente ridotto e negli ambienti di laboratorio sono state raggiunte densità di energia superiori a 400 Wh/kg e prestazioni eccellenti a basse{9}}temperature. Le batterie agli ioni di sodio, grazie alle risorse abbondanti e al basso costo, sono molto promettenti per lo stoccaggio di energia su larga scala e le applicazioni per veicoli elettrici a bassa velocità. La ricerca recente si concentra sull'ottimizzazione strutturale di ossidi stratificati e composti polianionici per migliorare la stabilità del ciclo e le prestazioni di velocità.
Anche le tecnologie di stoccaggio fisico dell’energia stanno registrando diversi progressi. Lo stoccaggio idroelettrico con pompaggio continua a essere ottimizzato in termini di progettazione dell'unità ad alta-prevalenza, di-grande capacità e di controllo del funzionamento a velocità-variabile, migliorandone l'adattabilità alle fonti di energia intermittenti. Lo stoccaggio energetico dell'aria compressa si sta evolvendo verso l'adiabaticizzazione e l'aria liquida, espandendo la sua applicazione nello stoccaggio energetico a lungo-termine riducendo la dipendenza da fonti di calore esterne e migliorando l'efficienza di conversione dell'energia. Lo stoccaggio dell'energia del volano ha fatto progressi nei-cuscinetti a levitazione magnetica ad alta velocità e nella tecnologia dei rotori in materiale composito, migliorandone significativamente la densità di potenza e la durata del ciclo, rendendolo adatto alla regolazione della frequenza della rete e al recupero dell'energia di frenata del trasporto ferroviario.
L'integrazione dei sistemi e la ricerca sul controllo intelligente stanno guidando l'evoluzione dei sistemi di stoccaggio dell'energia da "dispositivi singoli" a "reti cooperative". I sistemi di gestione delle batterie (BMS) incorporano algoritmi di modellazione multi-scala e algoritmi diagnostici online per valutare lo stato di salute delle celle (SOH) e prevedere la durata residua (RUL) in tempo reale, fornendo una base per un funzionamento e una manutenzione perfezionati. I sistemi di gestione dell’energia (EMS) combinano intelligenza artificiale e analisi dei big data per ottimizzare le strategie di carica e scarica su più scale temporali e sono collegati alle previsioni sulla produzione di energia rinnovabile e ai segnali dei prezzi dell’elettricità, migliorando l’efficienza economica e le capacità di supporto della rete. Inoltre, l’applicazione della tecnologia del gemello digitale nella simulazione dei sistemi di accumulo dell’energia e nella previsione dei guasti fornisce nuovi metodi per la verifica della progettazione e l’ottimizzazione operativa.
Anche la ricerca sulla sicurezza e la sostenibilità si sta approfondendo. I modelli di accoppiamento multi-fisico per i meccanismi di instabilità termica hanno rivelato le leggi di propagazione dell'accoppiamento termico-elettrochimico, guidando lo sviluppo di materiali di isolamento termico, elettroliti-ritardanti di fiamma e strutture di protezione multi-livello. La ricerca sull'utilizzo a cascata delle batterie obsolete si concentra sulle tecnologie di rilevamento rapido dello stato di salute e di riequilibrio, consentendo loro di continuare a svolgere un ruolo prezioso in scenari a basso-tasso e riducendo i costi totali del ciclo di vita e l'impatto ambientale.
Nel complesso, la ricerca sui sistemi di accumulo dell'energia sta avanzando in modo sinergico sulla falsariga di materiali ad alte-prestazioni, strutture ad alta-sicurezza, alta-gestione intelligente ed elevata efficienza nell'utilizzo delle risorse. L'integrazione interdisciplinare e la profonda collaborazione tra industria, mondo accademico e ricerca hanno accelerato l'industrializzazione dei risultati di laboratorio, fornendo una solida base tecnologica per la costruzione di nuovi sistemi energetici flessibili, affidabili e a basse- emissioni di carbonio. In futuro, con i continui progressi nei materiali chiave e nei componenti fondamentali, i sistemi di accumulo dell’energia svolgeranno un ruolo ancora più decisivo nel rimodellare il panorama energetico globale.
