Batterie auto elettriche: a cosa puntano le innovazioni più recenti?

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

13 gennaio 2022 - 20:00

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.

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