Batteria all’idrogeno vs batterie agli ioni di litio

Sia le batterie all’idrogeno che quelle agli ioni di litio sono state identificate come promettenti soluzioni di accumulo di energia stazionaria da integrare con i sistemi solari su tetto. Tuttavia, mentre le batterie agli ioni di litio sono state ampiamente installate sia dalle famiglie che dalle aziende, le batterie all’idrogeno hanno iniziato a decollare solo nel 2021 con le prime installazioni commerciali al mondo da parte della startup australiana LAVO.

Entrambe le tecnologie hanno pro e contro. Le celle a combustibile a idrogeno hanno un’efficienza di andata e ritorno inferiore di circa il 40% rispetto alle celle a combustibile agli ioni di litio, questo si traduce in maggiori perdite di energia che potrebbero incidere sulle importazioni dalla rete e sul costo dell’elettricità per soddisfare la domanda di energia. D’altro canto, le batterie all’idrogeno presentano un minore degrado della capacità e una maggiore densità energetica rispetto alle batterie agli ioni di litio. Ciò consente loro di immagazzinare più energia per un periodo più lungo, il che potrebbe avere un impatto sull’autosufficienza e sui periodi di ammortamento degli impianti solari su tetto.

I ricercatori della University of New South Wales (UNSW), in Australia, hanno modellato le prestazioni di una batteria commerciale all’idrogeno accoppiata a un impianto fotovoltaico su tetto, utilizzando le tariffe per il tempo di utilizzo (ToU) e l’immissione di energia solare, e hanno confrontato le sue prestazioni con quelle di una batteria commerciale agli ioni di litio nell’ambito di uno schema solare e di arbitraggio.

Lo studio ha valutato le prestazioni di batterie commerciali da 13,5 kWh (LAVO e Tesla Powerwall 2) e di un impianto fotovoltaico su tetto da 4,5 kW in sei diversi scenari. Il modello ha tenuto conto dell’invecchiamento delle batterie e del degrado delle prestazioni e i risultati suggeriscono che sia l’idrogeno che le batterie agli ioni di litio possono ridurre la dipendenza dalla rete e i costi dell’elettricità, minimizzando le importazioni dalla rete.

I ricercatori hanno scoperto che la batteria agli ioni di litio supera quella all’idrogeno in termini di migliore utilizzo della capacità, grazie alle minori perdite di energia durante il viaggio. “La batteria agli ioni di litio genera un reddito netto più elevato, con un periodo di ammortamento di 9 anni prima nello schema di arbitraggio e di 1 anno nello schema solare, rispetto alla batteria all’idrogeno”, affermano i ricercatori, che spiegano che, nello schema solare, le batterie vengono caricate e scaricate in base alla domanda di elettricità e alla disponibilità di generazione fotovoltaica sui tetti.

La batteria all’idrogeno consumava più energia rispetto alla batteria agli ioni di litio nello schema di arbitraggio e in quello solare, quindi i consumatori pagavano di più ai rivenditori di energia per far funzionare le batterie all’idrogeno negli impianti fotovoltaici sui tetti. Inoltre, la cella a combustibile a idrogeno ha generato meno entrate rispetto alla batteria agli ioni di litio nell’ambito delle tariffe ToU e solari, il che ha contribuito a un periodo di ammortamento più lungo per la cella a combustibile a idrogeno.

Tuttavia, i ricercatori hanno anche riscontrato che la batteria a idrogeno ha una durata di vita più lunga, resistendo al 18% in più di cicli di carica e scarica rispetto alla batteria agli ioni di litio. “Questo rende la cella a combustibile a idrogeno adatta ad applicazioni remote che richiedono un immagazzinamento di energia di lunga durata”, affermano i ricercatori. Tuttavia, poiché per generare l’idrogeno è necessaria l’acqua, le celle a combustibile a idrogeno non sono adatte alle aree con scarsità d’acqua.

“Pertanto, la scelta del sistema di batterie ottimale per un impianto fotovoltaico su tetto dipende dalla disponibilità di risorse idriche, dalle condizioni meteorologiche estreme e dal compromesso tra la preferenza per un maggiore beneficio economico o per una maggiore durata del ciclo della batteria”, affermano i ricercatori, che osservano che lo schema solare è la scelta migliore per entrambi i tipi di batterie in un ambiente residenziale per generare il massimo beneficio economico.

I risultati sono discussi nell’articolo “Assessment of hydrogen and lithium-ion batteries in rooftop solar PV systems”, pubblicato sul Journal of Energy Storage.