Appunti di Tecnologie innovative per la produzione, il trasporto e l'accumulo dell'energia elettrica m

Appunti presi a lezione del corso di Tecnologie innovative per la produzione, il trasporto e l'accumulo dell'energia elettrica M (TEI), tenuto dal professore Davide Fabiani per il corso di laurea magistrale di Ingegneria Energetica, Unibo, Bologna. Simulazioni d'esame, domande d'esame, esercitazioni, etc...

Riassunto per l'esame di Tecnologie Innovative per la Produzione, il Trasporto e l'Accumulo dell'energia elettrica M del prof. Fabiani, basato su appunti personali e studio delle dispense e lucidi del docente a disposizione degli studenti. Gli argomenti trattati possono essere suddivisi in 5 macro argomenti: 1) Applicazioni delle Nanotecnologie nel campo elettrico ed energetico, Materiali nanostrutturati: principali metodi di sintesi; caratterizzazione delle proprietà; polimeri/silicati lamellari; nanotubi di carbonio, Cenni alle principali applicazioni dei materiali nanostrutturati in ambito energetico: batterie, celle a combustibile, pannelli fotovoltaici. 2) Sistemi elettrochimici per l'accumulo dell'energia, Principi di funzionamento delle batterie: pila di Volta e Daniell, polarizzazione e reversibilità, Caratteristiche delle batterie: tensione, capacità e loro dipendenza da fattori progettuali, 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. Accumulatori innovativi: celle zinco/aria, Zebra, al litio-ioni e ai polimeri di litio. 3) Celle a combustibile: Principi di funzionamento della cella, effetto dei parametri operativi sulle prestazioni. Tipi di celle (AFC, PEMFC, PAFC, MCFC e SOFC) ed applicazioni. Principali metodologie di produzione dell'idrogeno (elettrolisi e reforming). 4) Componenti a Superconduttori, 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. 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. Metodi per la caratterizzazione elettromagnetica dei superconduttori: misura della corrente critica, misura della magnetizzazione e ciclo di isteresi. Esercitazioni di laboratorio. Applicazioni nel settore energetico: vari tipi di applicazioni (risonanza magnetica, limitatori di corrente, SMES, motori e trasformatori, cavi a superconduttori). 5) Produzione di energia fotovoltaica, Effetto fotovoltaico. Principali tecnologie nel campo del fotovoltaico: celle al silicio (monocristallino, policristallino, amorfo); celle a film sottile, celle organiche. Criteri di progetto di un impianto fotovoltaico. Esempi di progettazione.