Appunti TEI (Tecnologie elettriche innovative)

Appunti completi del corso. In questo pdf sono contenuti gli appunti presi a lezione con successiva rielaborazione seguendo anche il libro.


Conoscenze e abilità da conseguire
Al termine del corso lo studente conosce in modo approfondito le tecnologie di base e di quelle innovative nel campo della produzione, accumulo e trasporto dell'energia elettrica, con particolare enfasi su fotovoltaico, celle a combustibile, batterie e superconduttori.

Programma/Contenuti
I Applicazioni delle Nanotecnologie nel campo elettrico ed energetico
1. Materiali nanostrutturati: principali metodi di produzione; 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 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. 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.
4. Accumulatori innovativi: celle zinco/aria, Zebra, al litio-ioni e ai polimeri di litio.

III 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).

IV 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).

V 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.