Una svolta nello stoccaggio dell’energia: il supercondensatore auto‑ricaricante stabilisce nuovi standard di efficienza energetica

La prima settimana del 2025 ha visto le azioni solari registrare una bella ripresa mentre Tesla (TSLA ) ha annunciato le sue installazioni record di stoccaggio dell’energia.

Nel 2024, la casa automobilistica elettrica, la cui divisione di stoccaggio dell’energia produce batterie residenziali e commerciali per immagazzinare l’energia solare, ha installato 31,5 gigawattora di prodotti di stoccaggio dell’energia, mentre quasi il 35% di esse (11GWh) è stato distribuito solo nel Q4 del 2024.

Il produttore cinese di batterie Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL), che fornisce a Tesla le celle delle batterie, ha anche rilasciato il proprio sistema di stoccaggio dell’energia producibile in massa chiamato TENER lo scorso anno. Il sistema ha una capacità di 6,25 MWh e una densità energetica di 430 Wh/L, mantenendo una degradazione zero per cinque anni.

Questi grandi sviluppi nel settore dello stoccaggio dell’energia sono di importanza critica a causa della crescente domanda di energia. Questa domanda è guidata dall’aumento della popolazione mondiale, dall’urbanizzazione, dalla crescita economica e dai progressi tecnologici. La domanda globale di elettricità, secondo l’IEA, dovrebbe aumentare a un ritmo più veloce nei prossimi tre anni. Crescerà in media del 3,4% annuo fino al 2026.

Qui, i sistemi di stoccaggio dell’energia possono aiutare a soddisfare la crescente domanda supportando l’approvvigionamento elettrico della rete, la trasmissione e i sistemi di distribuzione. Passando a meccanismi di stoccaggio, gli operatori della rete garantiscono resilienza e affidabilità della rete. Inoltre elimina la dipendenza da opzioni con una maggiore impronta di gas serra (GHG).

Allora, cos’è esattamente lo stoccaggio dell’energia? Beh, è quello che dice: immagazzinare energia. Il modo in cui viene fatto è che l’energia prodotta viene prima catturata e poi immagazzinata per un uso successivo in modo che la domanda e l’offerta possano essere meglio abbinate.

Ora, l’energia si presenta in varie forme: elettrica, termica, cinetica, chimica, radiante e gravitazionale. Questo significa che per immagazzinare energia, essa deve prima essere convertita in una forma che possa effettivamente essere immagazzinata fino a quando possa essere riconvertita in energia elettrica.

Una batteria ricaricabile è un dispositivo di stoccaggio dell’energia comune. È nel tuo telefono. Queste batterie immagazzinano energia chimica che si converte rapidamente in elettricità. Un altro esempio popolare e prezioso è la diga idroelettrica. Essa sfrutta l’energia dell’acqua corrente, genera elettricità e la immagazzina in un serbatoio.

I combustibili fossili sono anche una forma di stoccaggio dell’energia. Contengono energia chimica proveniente dalla luce solare, intrappolata in piante e animali che si sono decomposti milioni di anni fa. 

Innovazione nello Stoccaggio dell’Energia

L’energia è la pietra angolare dell’economia industriale moderna. Dopo tutto, fornisce un ingrediente essenziale per quasi tutte le attività umane, dalla cucina, riscaldamento, illuminazione, salute, istruzione e trasporto alla produzione alimentare, produzione industriale ed estrazione mineraria. Dato quanto sia critica l’energia per la civiltà umana, c’è molta attenzione allo stoccaggio dell’energia. 

Lo stoccaggio di energia termica (TES) è un tipo che include lo stoccaggio a stato solido, liquido-aria e a sale fuso. Il beneficio unico di questa tecnologia è il disaccoppiamento della domanda di riscaldamento e raffreddamento dalla produzione immediata di energia e dalla disponibilità di approvvigionamento.

Lo stoccaggio di energia ad aria compressa è un altro modo per immagazzinare energia; l’aria viene compressa in serbatoi di stoccaggio quando la domanda di elettricità è bassa e rilasciata quando la domanda è alta. 

Lo stoccaggio di idrogeno, nel frattempo, è una tecnologia emergente di stoccaggio dell’energia. Più recentemente, la Cina ha collegato il suo più grande progetto integrato fotovoltaico (PV)-stoccaggio di idrogeno nella provincia di Jiangsu alla rete e ha avviato la generazione di energia. Questa struttura offshore combina la produzione di idrogeno, la generazione di energia PV, il rifornimento e lo stoccaggio dell’energia. Si prevede che riduca le emissioni di CO2 di circa 309.400 tonnellate all’anno, 1.125,3 tonnellate di biossido di azoto e 562,6 tonnellate di biossido di zolfo.

Le batterie stanno trasformando lo stoccaggio dell’energia. Stanno guidando la transizione verso un sistema energetico sostenibile. Sono le più in rapida crescita nel loro settore, dominano il settore energetico. E grazie all’innovazione continua, stanno diventando più intelligenti, migliori e più economiche.

In una ricerca rivoluzionaria di qualche anno fa, in sviluppo da quasi un decennio, scienziati della Chalmers University of Technology e del KTH Royal Institute of Technology in Svezia hanno realizzato una batteria strutturale 10 volte migliore rispetto a qualsiasi esperimento precedente. Una batteria strutturale è un dispositivo di stoccaggio dell’energia che può sopportare peso come parte di una struttura. 

Per la loro batteria, gli scienziati hanno stratificato un ‘tessuto’ di vetro di buffer tra l’elettrodo positivo e quello negativo, lo hanno riempito con un elettrolita polimerico d’avanguardia, e poi lo hanno cotto in forno, ottenendo una cella batteria robusta e piatta con una densità energetica di 24 Wh/kg, rigidità di 25 GPa, e resistente a test di trazione in tutte le direzioni. Questa batteria strutturale “senza massa” ha il suo principale caso d’uso nelle auto elettriche ma può anche essere utilizzata in e-bike, satelliti, laptop e aeromobili.

Attualmente, i ricercatori sono concentrati sul migliorare ulteriormente la batteria, sebbene la commercializzazione non sia ancora stata realizzata.

Per creare soluzioni migliori, i ricercatori stanno ora studiando sistemi di alimentazione auto‑ricaricanti. Questi sistemi raccolgono energia e la immagazzinano, rendendoli altamente vantaggiosi nella prossima era tecnologica, che sarà caratterizzata dalla tecnologia 5G, dall’Internet delle Cose (IoT) e dall’intelligenza artificiale (AI).

Questi dispositivi di stoccaggio dell’energia auto‑ricaricanti possono fornire energia stabile, autonoma e sostenibile per la prossima rivoluzione industriale.

Finora, sono stati fatti molti tentativi per integrare diverse tecnologie di raccolta dell’energia con dispositivi di stoccaggio dell’energia. Questo include celle solari, generatori termoelettrici,  nanogeneratori triboelettrici (TENG), e nanogeneratori piezoelettrici (PENG). 

In una nuova ricerca, gli scienziati hanno costruito un dispositivo di stoccaggio dell’energia auto‑ricaricante ad alte prestazioni che può immagazzinare efficacemente l’energia solare.

Il nuovo dispositivo migliora drasticamente le prestazioni dei supercondensatori esistenti utilizzando materiali per gli elettrodi basati su metalli di transizione. I ricercatori hanno inoltre creato una nuova tecnologia di stoccaggio dell’energia combinando supercondensatori con celle solari per ottenere alte prestazioni.

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Dispositivi di Stoccaggio dell’Energia Auto‑Ricaricanti

Per soddisfare la domanda di dispositivi energetici di nuova generazione ad alta capacità che affrontano l’aumento del consumo energetico globale e la crescente dipendenza da dispositivi elettronici portatili e intelligenti, i dispositivi auto‑ricaricanti sono emersi come una soluzione di alimentazione sostenibile e autonoma.

Uno di questi dispositivi che raccoglie e immagazzina energia solare è il foto‑supercondensatore, che combina celle solari e supercondensatori. Le celle solari al silicio convertono l’energia solare in energia elettrica, e un supercondensatore immagazzina questa energia. 

Nell’ultimo studio, che è stato supportato dalla National Research (NRC ) Foundation of Korea (NRF) con una sovvenzione finanziata dal governo coreano (MSIT) e dal programma R&D di DGIST, i ricercatori hanno mostrato un nuovo dispositivo di stoccaggio dell’energia auto‑ricaricante che combina celle solari al silicio e supercondensatori binari di metalli di transizione.

La tecnologia fotovoltaica (PV) al silicio cristallino, che è la tecnologia PV più utilizzata, è in realtà uno strumento promettente per lo stoccaggio di energia rinnovabile, secondo ITRPV, che ha riportato che la tecnologia rappresenta fino al 95% del totale di 135 GW installati nel 2022. 

Nel frattempo, tra i dispositivi di energia solare, quelli basati su silicio stanno guadagnando molta trazione come fonte di energia dominante per il futuro. Questo è dovuto alla loro alta efficienza di conversione energetica, stabilità prolungata, materiali abbondanti, non tossicità e tecnologia di produzione consolidata che favorisce la scalabilità.

Per quanto riguarda i supercondensatori, vengono utilizzati come candidati promettenti per alimentare dispositivi ad alte prestazioni grazie alla loro alta affidabilità, alta densità di potenza, lunga durata di ciclo e breve tempo di ricarica.

Come osservato nello studio, i condensatori auto‑ricaricanti sono necessari a causa del rapido aumento dell’uso di dispositivi elettronici portatili. Questo ha creato la necessità di un sistema che possa essere caricato rapidamente in qualsiasi momento e luogo. 

Poi c’è la crescente dipendenza dalle fonti di energia rinnovabile per proteggere l’ambiente e promuovere lo sviluppo sostenibile. Utilizzando l’energia solare, i sistemi auto‑ricaricanti riducono la necessità di sostituire le batterie, garantendo al contempo un approvvigionamento energetico efficiente anche in aree con accesso limitato alle reti elettriche. 

Un altro fattore trainante dei condensatori auto‑ricaricanti è la capacità di carica e scarica rapida dei supercondensatori, che li rende davvero utili in situazioni di emergenza o scenari in cui è necessaria un’alta potenza di consumo.

Un Supercondensatore Auto‑Ricaricante ad Alte Prestazioni

Data la necessità di condensatori auto‑ricaricanti e i loro numerosi vantaggi, la più recente ricerca, pubblicata sul rivista Energy lo scorso mese, ha realizzato un dispositivo auto‑ricaricante combinando un supercondensatore con una cella solare al silicio.

Per progettare gli elettrodi, il team di ricerca ha utilizzato un materiale composito a base di carbonato e idrossido di nichel (Ni). Successivamente, il team ha aggiunto ioni di metalli di transizione come manganese (Mn), cobalto (Co), rame (Cu), ferro (Fe) e zinco (Zn) per massimizzare la conduttività e la stabilità degli elettrodi.

Questi ioni di metalli di transizione consentono al team di affrontare il problema della riduzione della conduttività che emerge dall’uso esclusivo di ioni Ni. L’introduzione di questi ioni metallici ha permesso di creare composti binari come materiale per gli elettrodi, offrendo alta conduttività elettrica, capacità reversibile e stabilità strutturale.

Questo ha migliorato notevolmente le prestazioni dell’elettrodo, mostrando progressi significativi nella densità di energia e potenza e nella stabilità di carica e scarica.

Per quanto riguarda lo stoccaggio di energia per unità di peso, lo studio ha raggiunto 35,5 Wh kg⁻¹, superando i valori (5‑20 Wh kg⁻¹) registrati in studi precedenti. Per quanto riguarda il flusso di energia per unità, è di 2555,6 W kg⁻¹, ancora molto più alto rispetto a quanto ottenuto in studi precedenti (1000 W kg⁻¹).

Con una densità di energia e di potenza molto più elevate, lo studio più recente dimostra la capacità di rilasciare potenza più alta rapidamente. In questo modo, il dispositivo supercondensatore asimmetrico può fornire un approvvigionamento energetico immediato, anche per dispositivi ad alta potenza.

Questo non è tutto; queste alte prestazioni hanno mostrato una degradazione minima quando sottoposte a cicli ripetuti di carica e scarica, rendendole adatte anche per l’uso a lungo termine.

Il team ha poi combinato questo dispositivo con celle solari al silicio, consentendo lo stoccaggio dell’energia solare e il suo utilizzo in tempo reale. Questa combinazione ha raggiunto un’efficienza di stoccaggio dell’energia fino al 63% mentre l’efficienza generale del dispositivo era del 5,17%, convalidando il suo potenziale per la commercializzazione e contribuendo in modo significativo all’avanzamento della tecnologia di stoccaggio dell’energia.

“Questo studio è un risultato significativo, poiché segna lo sviluppo del primo dispositivo di stoccaggio dell’energia auto‑ricaricante della Corea che combina supercondensatori con celle solari.”

– Jeongmin Kim, Ricercatore Senior presso la Divisione Nanotecnologia di DGIST

Kim ha inoltre osservato che, utilizzando materiali compositi a base di metalli di transizione, sono riusciti a superare le limitazioni dei dispositivi di stoccaggio dell’energia e a creare una soluzione energetica sostenibile.

Ma questo non è la fine dello studio, come ha dichiarato Damin Lee, ricercatore presso il RLRC della Kyungpook National University:

“Continueremo a condurre ricerche di follow‑up per migliorare ulteriormente l’efficienza del dispositivo auto‑ricaricante e potenziare il suo potenziale per la commercializzazione.”

Aziende Operanti in Settori Correlati

Ora, diamo un’occhiata a un paio di aziende che forniscono e avanzano soluzioni di stoccaggio dell’energia.

1. Tesla (TSLA )

Questo produttore di veicoli elettrici è anche fortemente coinvolto nel mercato dello stoccaggio dell’energia. I suoi prodotti energetici includono Powerwall e Megapack, che integrano soluzioni avanzate di stoccaggio dell’energia.

Con una capitalizzazione di mercato di 1,318 trilioni di dollari, Tesla è l’8ª più grande azienda al mondo, mentre il suo CEO Elon Musk, coinvolto anche in X (precedentemente Twitter), SpaceX (SPCX ), Neuralink e The Boring Company, è l’uomo più ricco del mondo con un patrimonio netto di $437 billion.

Al momento della stesura, le azioni di Tesla sono quotate a $412.82, con un aumento dell’1.63% quest’anno. Questo avvio positivo del 2025 per le azioni dell’azienda segue un eccezionale 2024, durante il quale le sue azioni sono aumentate di circa il 67% in valore. 

Curiosamente, gran parte dei guadagni di Tesla si è verificata negli ultimi due mesi dell’anno, con il prezzo in aumento del 75% a seguito della vittoria del presidente eletto Donald Trump nelle elezioni presidenziali statunitensi del 2025. Musk è stato in realtà il più grande donatore del ciclo elettorale, spendendo almeno $277 million per sostenere Trump e altri candidati repubblicani.

Con Trump che entrerà in carica entro la fine di questo mese, sicuramente ci saranno sviluppi positivi per Tesla. Anche prima di ciò, l’azienda ha riferito di aver prodotto circa 459.000 veicoli e consegnato oltre 495.000 unità nel Q4 2024. Con ciò, la produzione totale di Tesla per il 2024 è di 1.773.443 veicoli, mentre le consegne hanno raggiunto 1.789.226 unità. Tuttavia, ha dovuto affrontare una concorrenza crescente dal gigante cinese BYD e dai tradizionali produttori statunitensi come Ford.

I risultati finanziari completi del Q4 2024, inclusi reddito netto e flusso di cassa, saranno annunciati da Tesla il 29 gennaio 2025. Nel trimestre precedente, l’azienda ha registrato $25.18 billion in revenue and $2.17 billion in net income. During this period, Tesla’s automotive revenue rose 2% to $20 billion compared to Q3 2023, while its energy generation and storage revenue surged 52% to $2.38 billion.

Le sue installazioni di stoccaggio dell’energia nel Q4, nel frattempo, hanno stabilito un nuovo record di 11,0 GWh e un valore senza precedenti di 31,4 GWh per l’intero anno. In confronto, Tesla ha installato 14,7 GWh di stoccaggio dell’energia nell’anno precedente, il doppio dei numeri del 2022. Inoltre, nel 2020, le installazioni di stoccaggio dell’energia di Tesla erano solo 3,0 GWh, il che indica un aumento di 10 volte nella capacità di stoccaggio dell’azienda in soli quattro anni.

Questi dati sono arrivati mentre la gigafactory di Tesla a Shanghai ha avviato la produzione di prova questa settimana, con la produzione di massa prevista per l’inizio di quest’anno.

2. Enphase Energy

L’azienda globale di tecnologia energetica, che sta espandendo attivamente la sua presenza di mercato a livello nazionale e internazionale, è specializzata in soluzioni di energia solare. Questo include microinverter, che convertono l’energia solare in elettricità, e sistemi di stoccaggio dell’energia per applicazioni residenziali e commerciali.

Con una capitalizzazione di mercato di $9.74 billion, le azioni ENPH sono attualmente scambiate a $72.15, con un aumento di oltre il 5% già quest’anno. Questi guadagni seguono un deludente 2024, durante il quale le sue azioni sono scese di oltre il 46%. Nel frattempo, il picco di ENPH è stato a dicembre 2022, quando il prezzo delle azioni ha raggiunto $339. Enphase Energy (ENPH ) ha un EPS (TTM) di 0.44 e un P/E (TTM) di 164.01.

Per il Q3 2024, l’azienda ha riportato un fatturato di $380.9 million. Per regione, i ricavi negli Stati Uniti sono aumentati del 43% rispetto al trimestre precedente poiché le scorte sono tornate a livelli normali, mentre i ricavi in Europa sono diminuiti del 15% a causa di un ulteriore indebolimento della domanda. Enphase ha spedito un totale di 1,731,768 microinverter in questo trimestre, corrispondenti a 730 megawatt DC e 172.9 megawattora di batterie IQ®.

Per il Q4, Enphase Energy stima che il suo fatturato sarà compreso tra $360 million e $400 million e le spedizioni tra 140 e 160 MWh di batterie IQ. Il beneficio netto dell’IRA, nel frattempo, dovrebbe essere compreso tra $38-$41 million.

Il Inflation Reduction Act (IRA) è stato introdotto sotto l’amministrazione Biden con supporto bipartisan. Il pacchetto da $369 billion, che è stato firmato in law in 2022, ha fornito incentivi per le energie rinnovabili tramite crediti fiscali, sovvenzioni e investimenti. Questo ha rappresentato una svolta per il settore delle energie rinnovabili.

Alla fine del Q3, Enphase Energy disponeva di $1.77 billion in cash, cash equivalents, and marketable securities, while free cash flow was $161.6 million. The company meanwhile generated $170.1 million in cash flow from operations.

Durante questo periodo, ha anche lanciato un software basato sull’IA per migliorare la comprensione da parte dei consumatori dell’uso dell’energia e aiutarli a massimizzare i risparmi in un mercato delle tariffe energetiche sempre più complesso, integrando la stima solare e del consumo con le tariffe elettriche.

Conclusione

Con la domanda globale di energia che continua a crescere in modo significativo, a un ritmo più veloce che mai, a causa di ondate di calore intense, una crescita economica robusta e, naturalmente, l’adozione crescente di tecnologie come veicoli elettrici (EV) e IA, c’è bisogno di soluzioni di stoccaggio dell’energia che possano aiutare a soddisfare questa domanda. 

Qui, lo sviluppo di dispositivi di stoccaggio dell’energia auto‑ricaricanti ad alte prestazioni rappresenta un passo importante nell’avanzamento della tecnologia di stoccaggio dell’energia e nel soddisfare la domanda globale di energia. Sebbene non siano ancora commercializzati, innovazioni come queste possono contribuire a garantire un approvvigionamento energetico stabile e affidabile e sbloccare un enorme potenziale nell’integrazione delle energie rinnovabili!

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