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BATTERIE LITIO-ARIA

[ 22/01/2013 ]

Si tratta di un nuovo tipo di batteria al litio, attualmente in fase di sviluppo, che potrebbe fornire l’alimentazione alle future auto elettriche e sarebbe in grado di farle viaggiare per ben 800 chilometri prima di dover essere ricaricate, erogando circa 10 volte l'energia fornita dalle attuali batterie in commercio.





Le batterie agli ioni litio utilizzate negli attuali veicoli elettrici si basano su un catodo in ossido metallico o fosfato di metallo (generalmente cobalto, manganese o materiali ferrosi) che funge da elettrodo positivo, su un composto a base di carbonio come anodo (o elettrodo negativo), e su un elettrolita per condurre gli ioni litio da un elettrodo all'altro.
Quando viene richiesta energia, gli ioni litio fluiscono dall'anodo al catodo attraverso l’elettrolita e una membrana di separazione. La carica della batteria inverte la direzione del flusso di ioni.
Le batterie costruite con questa tecnologia presentano i seguenti grossi limiti: densità di energia ancora insufficiente, peso e costo.


Le batterie LITIO-ARIA usano l’ossigeno, gas ampiamente disponibile nell’atmosfera, in sostituzione dei metalli pesanti, risulterebbero quindi molto più leggere e in grado di immagazzinare più energia rispetto a quelle agli ioni litio.
Più in dettaglio, le molecole di ossigeno reagiscono con gli ioni litio e gli elettroni sulla superficie di un catodo di carbonio poroso, formando perossido di litio. La formazione di perossido di litio durante la fase di scarica determina una corrente elettrica che alimenta il motore della vettura.
Durante la carica avviene la reazione inversa, e l'ossigeno viene rilasciato di nuovo nell'atmosfera. L'anodo, essendo fatto di litio, è molto leggero.


Finora tuttavia lo sviluppo di questa nuova tecnologia, ampiamente studiata in molti laboratori industriali e accademici mondiali, è stata frenato da problemi connessi alla scarsa reversibilità e alla limitata vita operativa di tali batterie.
Un importante contributo alla ricerca sulle batterie al litio-aria proviene dallo studio di Bruno Scrosati della Sapienza in collaborazione con l’Università di Seoul pubblicato sulla rivista scientifica Nature Chemistry.
Gli studi del team hanno consentito di superare questi problemi con la realizzazione di una configurazione innovativa della batteria che ne ha permesso l’operazione per oltre 100 cicli di carica e scarica.
Utilizzando per l’elettrodo un liquido composto solo da ioni hanno risolto il problema della stabilità, l’introduzione di un innovativo elettrodo d’oro con microscopici nanopori promette invece di incrementare gli standard di efficienza.


Anche l’IBM con il “Battery 500 Project” sta lavorando alacremente a questa tecnologia e prevede la costruzione di un prototipo funzionante entro la fine del 2013.
Gli elettroliti attualmente utilizzati nelle batterie agli ioni litio non funzionano nelle batterie a litio-aria, perché in queste l'ossigeno attacca la batteria e distrugge l'elettrolita, rendendolo incapace di condurre una carica. Una soluzione allo studio è quella di utilizzare due elettroliti diversi, uno per il catodo e un secondo per l'anodo, con una membrana che ne eviti la miscelazione.
Un partner dell’IBM, la Asahi Kasei, è chiamato a risolvere questo problema, sviluppando una membrana che possa essere utilizzata nelle batterie per separare gli elettroliti pur permettendo agli ioni litio di passare dall’anodo ad catodo.
La Central Glass svilupperà invece una nuova classe di elettroliti e di additivi ad alte prestazioni appositamente progettati per migliorare le prestazioni della batteria a litio-aria.


Il Battery 500 Project non è l'unico in corsa per lo sviluppo di batterie a litio-aria. I ricercatori del Massachusetts Institute of Technology stanno sviluppando una batteria litio-aria con elettrodi in nanofibre di carbonio. Yangchuan Xing, professore associato di ingegneria chimica e biologica presso la Missouri University of Science and Technology, lo scorso anno ha ricevuto dalla Advanced Research Projects Agency–Energy (ARPA–E) un finanziamento di 1,2 milioni di dollari per sviluppare batterie a litio-aria.
Wilcke stima che le batterie a litio-aria possano essere pronte per la produzione non prima del 2020, "se non troviamo alcun intoppo tecnologico lungo la strada." e aggiunge: "L'unica cosa di cui sono certo è che non accadrà in questo decennio."










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