34624 - TECNOLOGIE ELETTRICHE INNOVATIVE M

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2010/2011

Conoscenze e abilità da conseguire

Il corso si propone di fornire le basi per la conoscenza delle tecnologie innovative di cavi per il trasporto dell'energia, di condensatori, batterie, celle a combustibile. Tecnologie dei processi di formazione delle cariche elettrostatiche. Superconduttori per applicazioni industriali.

Programma/Contenuti

I Applicazioni delle Nanotecnologie nel campo elettrico ed energetico
1.  Materiali nanostrutturati: principali metodi di sintesi; 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 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. 

III 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.     Tipi di pile: pile a liquido, pile a secco (struttura, caratteristiche di scarica, prestazioni).
4.     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.
5.    Accumulatori innovativi: celle zinco/aria, Zebra, al litio-ioni e ai  polimeri di litio.
6.   Supercondensatori

IV 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).

V 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).

VI Tecnologie relative ai processi di formazione di cariche elettrostatiche
1.     Processi microscopici di formazione delle cariche: modello a bande, meccanismi di carica macro e microscopici, trasferimento delle cariche.
2.     Fenomenologia macroscopica: separazione di carica per induzione, sfregamento, tempo di carica ed energia accumulata, scarica. Funzionamento della fotocopiatrice
3.     Problemi connessi ai fenomeni elettrostatici: industria elettronica, ospedali, luoghi con rischio di esplosione ed incendio, aspetti normativi, prevenzione degli eventi di scarica.
4.     Misura delle grandezze tipiche dei fenomeni elettrostatici: misura della carica totale, della densità di carica superficiale, del campo elettrico, dell'energia, misure per la qualificazione dei componenti, modelli per la simulazione degli eventi di accumulo e scarica.

Metodi didattici

Il corso si articola in lezioni frontali ed esercitazioni di laboratorio su cariche elettrostatiche, superconduttori, batterie e celle fotovoltaiche.

Modalità di verifica dell'apprendimento

Esame orale. Appelli e iscrizione agli esami: ALMAESAMI

Strumenti a supporto della didattica

Le dispense ed i lucidi del corso saranno messi a disposizione degli studenti all'inizio del corso. Si veda il link al materiale didattico.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Davide Fabiani