L'utilizzo dei supercondensatori nelle applicazioni stazionarie

This thesis presents an in-depth overview of supercapacitors, advanced devices for energy storage. The discussion begins with a distinction based on their storage mechanisms and electrode materials (such as activated carbon, graphene, carbon nanotubes, and aerogels), subsequently classifying them into pseudocapacitors and hybrid supercapacitors. This is followed by an analysis based on the electrolyte (aqueous, organic, and ionic liquids) and a description of the main equivalent models. The work continues with a direct comparison between SCs and batteries, highlighting their complementarity. While batteries offer a high energy density with a limited cycle life, supercapacitors stand out for an exceptional power density and a lifespan exceeding one million cycles. This duality makes the two systems ideal for synergistic use. The core of the research lies in the analysis of stationary applications. Supercapacitors are presented as optimal tools for grid stabilization and frequency regulation, effectively mitigating the fluctuations and intermittency typical of Renewable Generation. Finally, various specific applications within the field of renewable energy are explored, including integration with solar, wind, and wave energy systems.

Questa tesi presenta una panoramica approfondita sui supercondensatori, dispositivi avanzati per l’accumulo di energia. La trattazione inizia con una distinzione basata sulle loro modalità di accumulo e sui materiali elettrodici (come carbone attivo, grafene, nanotubi di carbonio e aerogel), classificandoli successivamente in pseudocondensatori e supercondensatori ibridi. Segue un’analisi in funzione dell’elettrolita (acquoso, organico e liquidi ionici) e una descrizione dei principali modelli equivalenti. Il lavoro prosegue con un confronto diretto tra SC e batterie, evidenziandone la complementarietà. Se da un lato le batterie offrono un’elevata densità di energia con una vita ciclica limitata, i supercondensatori si distinguono per un’eccezionale densità di potenza e una durata superiore al milione di cicli. Tale dualità rende i due sistemi ideali per l’impiego sinergico. Il fulcro della ricerca risiede nell’analisi delle applicazioni stazionarie. I supercondensatori sono presentati come strumenti ottimali per la stabilizzazione della rete e la regolazione di frequenza, mitigando efficacemente le fluttuazioni e l’intermittenza tipiche della Generazione rinnovabile. Vengono infine esplorate diverse applicazioni specifiche nell’ambito delle energie rinnovabili, tra cui l’integrazione con sistemi solari, eolici e a moto ondoso.