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Ecco le più recenti innovazioni su efficienza e sostenibilità dal mondo della ricerca accademica sulle batterie per auto elettriche.

Al giorno d’oggi, l’efficienza dei dispositivi di accumulo di energia è essenziale sia per le applicazioni nei veicoli elettrici che per le infrastrutture di rete. Ci troviamo perciò di fronte ad uno studio spasmodico di nuove tecnologie che porteranno inevitabilmente alla diffusione di massa di questi sistemi. All’interno di alcuni centri universitari per esempio sono riusciti a rivitalizzare aree ormai inattive e inutili di litio migliorando la capacità di archiviazione delle batterie tramite scariche ad alta tensione. I ricercatori inoltre, stanno conducendo promettenti studi innovativi che hanno l’obiettivo di restituirci un prodotto ecosostenibile utilizzando materiali naturali come conduttori di energia per le celle allo stato solido. Una delle aree che ha ricevuto maggior attenzione nell’ultimo periodo è infatti legata alla ricarica veloce delle automobili che in alcuni test effettuati è stata aumentata fino a 10 volte.

BATTERIE SPERIMENTALI CHE DECUPLICANO LA VELOCITA’ DI RICARICA
Questo grazie ai ricercatori dell’Università di Twente nei Paesi Bassi che hanno lavorato per sviluppare una cella sperimentale utilizzando un materiale innovativo per ricoprire l’anodo, il niobato di nichel. Secondo gli studiosi, il nuovo design dell’elettrodo consente di ricaricare la batteria ad una velocità 10 volte superiore a quella dei dispositivi odierni. I prodotti utilizzati fino ad oggi invece hanno una struttura porosa che essendo casuale fa insorgere diverse problematiche: riduce la densità, favorisce l’accumulo di litio sull’anodo e causa degrado delle prestazioni. Questa scoperta invece aumenta la rapidità senza il rischio di danneggiare il materiale dell’anodo, causare guasti alla batteria o ridurne la durata. Se con le nanotecnologie è possibile velocizzare i tempi a discapito però della stabilità, il nuovo elettrodo presenta invece una struttura che resta uniforme. Il Niobato di Nichel infatti è un materiale cristallino e regolare che presenta canali identici e ripetuti per il trasporto del litio. Quest’ultimo è decisamente il materiale più utilizzato nelle celle ma può presentare comunque qualche anomalia che deve essere migliorata.

RIATTIVARE IL LITIO PER MIGLIORARE LE PRESTAZIONI DELLE BATTERIE
Quando una batteria viene ricaricata infatti, gli ioni di litio viaggiano avanti e indietro tra i due elettrodi, ma non tutti completano il percorso. Ciò provoca la formazione di “isole” di litio elettro chimicamente inattive che rimangono appunto scollegate dagli elettrodi: questi grumi causano un calo della capacità di accumulo del dispositivo o addirittura provocano l’incendio. Gli scienziati della Stanford University hanno sviluppato un modo non solo per neutralizzare queste localizzazioni di litio inerte, ma hanno lavorato per riportarli in vita. Il team ha scoperto che l’aggiunta di una scarica di corrente ad alta tensione durante la ricarica stimola l’azione di questo litio ormai inefficace, spingendolo verso l’elettrodo. Secondo il gruppo di ricercatori, questa svolta potrebbe portare a progetti migliorati di ricarica rapida, durate maggiori aumentando le prestazioni della batteria del 30%. Gli accumulatori al litio-metallo di prossima generazione possederanno architetture molto promettenti e dovranno tenere conto dalla necessità di creare un prodotto ecosostenibile che rispetti la natura e tragga da essa qualche vantaggio.

IL LEGNO REGALA UNA CONDUCIBILITA’ RECORD PER LE BATTERIE AUTO
Autori di un nuovo studio hanno sposato questa filosofia eco-friendly e hanno utilizzato come base per un elettrolita solido la cellulosa derivata dal legno, materiale sottilissimo che può flettersi per assorbire lo stress dei vari cicli di ricarica. Un difetto dei materiali utilizzati nelle odierne batterie al litio infatti, è che contengono composti volatili i quali comportano rischi di incendio in caso di cortocircuito del dispositivo e possono favorire la formazione di particelle di litio inattivo che compromettono le prestazioni. I conduttori solidi, invece, possono essere realizzati con materiali non infiammabili e rendono il dispositivo meno soggetto alla formazione di scorie. Quelli realizzati con materiali ceramici però non resistono così bene allo stress durante la carica-scarica a causa della loro natura fragile. Gli scienziati della Brown University e dell’Università del Maryland hanno portato un’incredibile innovazione utilizzando rame combinato con nanofibrille di cellulosa che consentono una conduttività ionica record velocizzando anche la ricarica. Siamo convinti che l’uso di materiali forniti dalla natura ridurrà l’impatto complessivo della produzione di batterie sul nostro ambiente.

Fonte: https://www.sicurauto.it/news/auto-elettriche-ibride/batterie-auto-elettriche-a-cosa-puntano-le-innovazioni-piu-recenti/

Batterie allo stato solido saranno la vera innovazione anche se rimango dell'idea che solo l'idrogeno sia davvero una fonte energetica sostenibile

La batteria allo stato solido QuantumScape promette già 240.000 km

La batteria dell'azienda americana (sostenuta anche da VW) sopporta già in questa fase 400 cicli di ricarica ultrafast: i dati del test
(https://cdn.motor1.com/images/mgl/KbJ0VM/s3/i-cicli-di-carica-della-batteria-allo-stato-solido-di-quantumscape.jpg)

QuantumScape ha appena fatto sapere che la sua batteria allo stato solido ha appena superato con successo un test da 400 cicli di carica e scarica rapida. Al termine della prova, che ha portato la batteria a passare continuativamente dal 10% all’80% in 15 minuti, infatti, la batteria in questione ha mantenuto una capacità di immagazzinare più dell’80% dell’energia iniziale.

I test di QuantumScape sono stati svolti su batterie a strato singolo dotate già di dimensioni che potrebbero essere compatibili con l’utilizzo su prodotti commerciali, automobili incluse, garantendo un’autonomia nell'ordine dei 600 km. Le condizioni di temperatura hanno mantenuto un range tra i 25 e i 45 gradi centigradi e una pressione di 3,4 atmosfere.

Oltre i limiti
Con questo tipo di batteria allo stato solido QuantumScape mira a chiudere la forbice di tempo che c’è tra un pieno di benzina e un pieno di elettricità. Se per il primo sono sufficienti soste da 5 minuti, per il secondo si calcola di solito un tempo di almeno 30 minuti, ma in futuro l’attesa potrebbe essere dimezzata (come dimostrato dal test) o addirittura ridotta di un terzo.

Secondo QuantumScape (e altre aziende che lavorano nel campo degli accumulatori allo stato solido) basterà trovare un’architettura stabile ed economica che sfrutti un elettrolita solido ed elettrodi con materiali diversi da quelli attuali, che si deteriorano velocemente quando si applicano potenze di carica e scarica eccessive.
(https://cdn.motor1.com/images/custom/le-caratteristiche-dei-cicli-di-carica-testati-sulla-batteria-allo-stato-solido-di-quantumscape.jpg)

“Nelle attuali batterie agli ioni di litio l’anodo è realizzato per la maggior parte in grafite – spiega QuantumScape in una nota – Questo limita la velocità di movimento degli ioni di litio, che a loro volta sono responsabili delle prestazioni della batteria. Inoltre, il litio metallico e l’elettrolita liquido presenti all’interno delle batterie reagiscono tra loro formando prodotti collaterali che rallentano il movimento degli ioni di litio portando a un deterioramento delle prestazioni causati dalla placcatura dell’anodo e, nel peggiore dei casi, alla formazione di dendriti”.

Test comparativi
La cosa interessante è che QuantumScape ha condotto lo stesso test su una batteria agli ioni di litio tradizionale e ne ha riscontrato una consistente riduzione delle prestazioni già dopo poche decine di cicli. Sulla sua batteria al litio metallo con elettrolita ceramico, invece, come detto, ha misurato una capacità superiore all’80% di quella iniziale dopo ben 400 cicli di carica-scarica.

Considerando un’autonomia di circa 600 km, come promesso dall’azienda americana, con 400 cicli si garantirebbe quindi una percorrenza complessiva di 240.000 km. I nuovi test rappresentano un ulteriore passo avanti di QuantumScape verso la commercializzazione della propria batteria, che dovrebbe arrivare tra un paio di anni. Tra le prime ad usarla dovrebbe esserci Volkswagen, che nel progetto ha investito molto in prima persona.

Fonte: https://insideevs.it/news/564204/quantumscape-batteria-stato-solido-percorrenza/

l'idrogeno non è sostenibile per la termodinamica in se'

Si la densità energetica dell’idrogeno impone pressioni elevate per lo stoccaggio con l'utilizzo di molta elettricità ma alla lunga anche le semplici elettriche non lo saranno tra metalli necessari per le batterie, produzione e smaltimento.

il problema dell'idrogeno è che è un vettore non una fonte

ovvero spendi piu' energia per crearlo che quella che ti da

Lo stesso vale per le batterie, l'energia che rendono è solo una parte di quella della ricarica e della produzione dell'energia per la ricarica.

no il ciclo dell'idrogeno ha un terzo di efficienza di quello dell'elettrico

non è la stessa cosa

Ci sono tanti cicli per produrre H2, e se i veicoli industriali puntano sull'idrogeno un motivo ci sarà. Tanto più che con la produzione di idrogeno si può accumulare l'energia inutilizzabile di nucleare ed eolico. La partita è aperta.

ad oggi  non c'è un ciclo idrogeno che abbia un rendimento comparabile all'elettrico , l'unico plus è l'accumulo (ma con svariate complessita' tecniche di stoccaggio)


il motivo per cui in alcuni ambiti puo' avere un senso è dove si ha un surplus di energia che cmq andrebbe buttata e hai particolari esigenze e caratteristiche specifiche , tipo un route predefinito

ad oggi è economicamente impensabile un economia sull'idrogeno

Rispetto la tua opinione, ma non la condivido. L'idrogeno sta andando avanti per i mezzi pesanti in molte nazioni e una volta creata l'infrastruttura il passaggio alle auto è facile.

toyota che faceva l'unica auto a idrogeno si è tirata fuori , fai te

Ce ne sono 3 , Toyota Kia e Honda e non lo dicono né a te né a meno cosa stanno facendo davvero. Ma basta aspettare.

https://oilprice.com/Energy/Energy-General/The-Uncomfortable-Truth-About-Green-Hydrogen.html

non sono batterie ma si tratta di energia.
magari se continuano così fra 50-100 anni avremo energia illimitata (anche se noi non la vedremo neanche...)

https://www.dday.it/redazione/41835/la-fusione-nucleare-e-piu-vicina-jet-segna-un-nuovo-record-e-conferma-la-validita-di-iter

Io no, ma tu può darsi , se mettono in campo le stesse risorse che furono usate per la bomba atomica. Ma ci devono essere gli  USA.

e purtroppo invece andrà che EU, USA, Cina, forse Russia ognuno farà da sè moltiplicando i tempi di realizzazione per non spartire eventuali guadagni/potere con gli altri