Numerical modeling and fluid-dynamic optimisation of fuel cells and flow batteries systems

Al giorno d'oggi, la sfida energetica è una delle più importanti spinte alla ricerca scientifica. Le strategie energetiche future includono vie alternative ed efficienti per stoccare e convertire l'energia su richiesta. In questa prospettiva entusiasmante, le celle a combustibile e le batterie a flusso svolgono un ruolo chiave, le prime nella conversione dell'energia in propulsione, le seconde nello stoccaggio dei surplus derivanti da energia rinnovabile. Tuttavia, rimangono ancora da superare alcuni importanti aspetti tecnologici, come ad esempio le limitate prestazioni di picco spesso causate da una scarsa efficienza fluido-meccanica. L'obiettivo principale della presente tesi è l'ottimizzazione fluidodinamica delle celle a combustibile e delle batterie a flusso. A tal fine, la ricerca si focalizza sullo studio dei flussi bifase liquido-vapore e delle dinamiche di dispersione in mezzi porosi, mediante modelli numerici Lattice-Boltzmann, al fine di studiare gli effetti dei fenomeni microscopici sulle caratteristiche macroscopiche di entrambe le tecnologie. I risultati di questo studio forniscono nuove interpretazioni nella comprensione dei comportamenti fisici fondamentali nelle celle a combustibile e nelle batterie di flusso, ed offrono linee guida per una buona e innovativa pratica di progettazione.