Nota dell'editore: la tecnologia elettrica è il futuro della terra verde e la tecnologia delle batterie è il fondamento della tecnologia elettrica e la chiave per limitare lo sviluppo su larga scala della tecnologia elettrica. L’attuale tecnologia tradizionale delle batterie è costituita dalle batterie agli ioni di litio, che hanno una buona densità di energia e un’elevata efficienza. Tuttavia, il litio è un elemento raro con costi elevati e risorse limitate. Allo stesso tempo, con l’aumento dell’uso di fonti energetiche rinnovabili, la densità energetica delle batterie agli ioni di litio non è più sufficiente. come rispondere? Mayank Jain ha fatto il punto su alcune tecnologie delle batterie che potrebbero essere utilizzate in futuro. L'articolo originale è stato pubblicato su medium con il titolo: Il futuro della tecnologia delle batterie
La terra è piena di energia e stiamo facendo tutto il possibile per catturarla e utilizzarla al meglio. Anche se abbiamo fatto un lavoro migliore nella transizione verso le energie rinnovabili, non abbiamo fatto molti progressi nello stoccaggio dell’energia.
Attualmente, lo standard più elevato della tecnologia delle batterie sono le batterie agli ioni di litio. Questa batteria sembra avere la migliore densità energetica, alta efficienza (circa il 99%) e lunga durata.
Allora cosa c'è che non va? Poiché l’energia rinnovabile che catturiamo continua a crescere, la densità energetica delle batterie agli ioni di litio non è più sufficiente.
Dato che possiamo continuare a produrre batterie in lotti, questo non sembra essere un grosso problema, ma il problema è che il litio è un metallo relativamente raro, quindi il suo costo non è basso. Sebbene i costi di produzione delle batterie stiano diminuendo, anche la necessità di stoccaggio dell’energia sta aumentando rapidamente.
Siamo arrivati a un punto in cui, una volta prodotta, la batteria agli ioni di litio avrà un enorme impatto sul settore energetico.
La maggiore densità energetica dei combustibili fossili è un dato di fatto e rappresenta un enorme fattore di influenza che ostacola la transizione verso una dipendenza totale dalle energie rinnovabili. Abbiamo bisogno di batterie che emettano più energia del nostro peso.
Come funzionano le batterie agli ioni di litio
Il meccanismo di funzionamento delle batterie al litio è simile alle normali batterie chimiche AA o AAA. Hanno terminali anodici e catodici e un elettrolita in mezzo. A differenza delle normali batterie, la reazione di scarica in una batteria agli ioni di litio è reversibile, quindi la batteria può essere ricaricata ripetutamente.
Il catodo (+ terminale) è realizzato in fosfato di litio ferro, l'anodo (terminale) è in grafite e la grafite è in carbonio. L’elettricità è semplicemente il flusso di elettroni. Queste batterie generano elettricità spostando gli ioni di litio tra l'anodo e il catodo.
Quando sono carichi, gli ioni si spostano verso l'anodo e quando sono scaricati, gli ioni corrono verso il catodo.
Questo movimento degli ioni provoca il movimento degli elettroni nel circuito, quindi il movimento degli ioni di litio e il movimento degli elettroni sono correlati.
Batteria all'anodo di silicio
Molte grandi case automobilistiche come la BMW hanno investito nello sviluppo di batterie con anodi di silicio. Come le normali batterie agli ioni di litio, queste batterie utilizzano anodi di litio, ma invece di anodi a base di carbonio utilizzano silicio.
Come anodo, il silicio è migliore della grafite perché richiede 4 atomi di carbonio per contenere il litio e 1 atomo di silicio può contenere 4 ioni di litio. Si tratta di un aggiornamento importante... che rende il silicio 3 volte più resistente della grafite.
Tuttavia, l’uso del litio è ancora un’arma a doppio taglio. Questo materiale è ancora costoso, ma è anche più semplice trasferire gli impianti di produzione sulle celle in silicio. Se le batterie sono completamente diverse, la fabbrica dovrà essere completamente riprogettata, il che ridurrà leggermente l’attrattiva del cambiamento.
Gli anodi di silicio vengono realizzati trattando la sabbia per produrre silicio puro, ma il problema più grande che i ricercatori attualmente devono affrontare è che gli anodi di silicio si gonfiano quando vengono utilizzati. Ciò può causare un degrado della batteria troppo rapido. È anche difficile produrre anodi in serie.
Batteria al grafene
Il grafene è un tipo di scaglia di carbonio che utilizza lo stesso materiale di una matita, ma impiega molto tempo per attaccare la grafite alle scaglie. Il grafene è elogiato per le sue eccellenti prestazioni in molti casi d’uso e le batterie sono uno di questi.
Alcune aziende stanno lavorando su batterie al grafene che possono essere caricate completamente in pochi minuti e scaricarsi 33 volte più velocemente delle batterie agli ioni di litio. Questo è di grande valore per i veicoli elettrici.
Batteria in schiuma
Allo stato attuale, le batterie tradizionali sono bidimensionali. Possono essere impilate come una batteria al litio o arrotolate come una tipica batteria AA o agli ioni di litio.
La batteria in schiuma è un nuovo concetto che prevede il movimento della carica elettrica nello spazio 3D.
Questa struttura tridimensionale può accelerare il tempo di ricarica e aumentare la densità di energia, queste sono qualità estremamente importanti della batteria. Rispetto alla maggior parte delle altre batterie, le batterie in schiuma non contengono elettroliti liquidi dannosi.
Le batterie a schiuma utilizzano elettroliti solidi invece di elettroliti liquidi. Questo elettrolita non solo conduce gli ioni di litio, ma isola anche altri dispositivi elettronici.
L'anodo che trattiene la carica negativa della batteria è realizzato in rame espanso e rivestito con il materiale attivo necessario.
Un elettrolita solido viene quindi applicato attorno all'anodo.
Infine, per riempire gli spazi vuoti all'interno della batteria viene utilizzata la cosiddetta “pasta positiva”.
Batteria all'ossido di alluminio
Queste batterie hanno una delle densità di energia più grandi di qualsiasi batteria. La sua energia è più potente e più leggera delle attuali batterie agli ioni di litio. Alcuni sostengono che queste batterie possano fornire 2.000 chilometri di veicoli elettrici. Qual è questo concetto? Per riferimento, l'autonomia massima di Tesla è di circa 600 chilometri.
Il problema con queste batterie è che non possono essere caricate. Producono idrossido di alluminio e rilasciano energia attraverso la reazione di alluminio e ossigeno in un elettrolita a base d'acqua. L'uso delle batterie consuma l'alluminio come anodo.
Batteria al sodio
Attualmente, gli scienziati giapponesi stanno lavorando alla realizzazione di batterie che utilizzino il sodio invece del litio.
Ciò sarebbe dannoso, poiché le batterie al sodio sono teoricamente 7 volte più efficienti delle batterie al litio. Un altro enorme vantaggio è che il sodio è il sesto elemento più ricco delle riserve terrestri, rispetto al litio, che è un elemento raro.
Orario di pubblicazione: 02-dic-2019