Studio della fluidodinamica del catodo in batterie a flusso Li/O2 con catolita semisolido: analisi sperimentale e modellazione CFD

La tesi è stata realizzata presso Bettery Srl, uno spinoff dell’Alma Mater Studiorum – Università di Bologna, impegnato nello studio di soluzioni per rendere le batterie più sostenibili e convenienti, favorendo così la transizione verso le energie rinnovabili. Lo studio ha avuto come obiettivo principale l’analisi fluidodinamica del compartimento catodico delle batterie Li/O2 con catolita semisolido al fine di minimizzare le perdite di carico ΔP attraverso cella BOLA a 4 vie, un prototipo realizzato su scala di laboratorio, in cui è alloggiato il Reticulated Vitreous Carbon (RVC), dove passa il catolita saturo di O2. Inizialmente sono stati presentati i materiali su cui sono state svolte le prove sperimentali: l’acqua MilliQ, il tetraetilenglicole (TEGDME) e il catolita, oggetto principale della tesi, che è una soluzione 0.5 di Lithium bis (trifluoromethanesulphonyl) imide in TEGDME con l’aggiunta del 2 wt% di Pureblack Carbon 315 e l’1 wt% di Triton X-100. Successivamente sono state descritte le prove di ΔP, di portata e di viscosità con il catolita; è stato poi costruito il modello per la simulazione (metodo di fluidodinamica computazionale – CFD – ai volumi finiti), utilizzando Fluent, un software che permette di riprodurre la geometria e simulare il dettaglio del flusso al fine di calcolare le perdite di carico attraverso l’RVC e confrontarle con quelle sperimentali. Nel quarto capitolo sono riportati i risultati computazionali ottenuti e sono stati confrontati con quelli sperimentali ottenuti con i tre fluidi. I due fluidi newtoniani hanno evidenziato una corrispondenza tra dati sperimentali e computazionali, mentre per il catolita è stata notata una discrepanza che ha portato a utilizzare valori di tentativo del coefficiente di permeabilità k dell’RVC al fluido dell’ordine di 10^-7 ed utilizzare modelli di viscosità diversi che potessero descrivere la reologia del fluido al fine avvicinare la curva computazionale a quella sperimentale.