Gli elettrodi in carbonio: la svolta nelle prestazioni della batteria EV
By o1m94
Quali materiali ci sono dietro la rivoluzione delle batterie per veicoli elettrici?
Ecco i migliori materiali utilizzati nelle batterie EV:
Cobalto
Nichel
Manganese
Grafite
Silicio
La rivoluzione dei veicoli elettrici (EV) sta accelerando, con paesi come il Regno Unito e la Francia che impongono scadenze per eliminare gradualmente le auto a benzina e diesel. I veicoli elettrici sono la sostituzione ovvia, ma le batterie EV sono state tradizionalmente costose e relativamente inefficienti . Fino a poco tempo fa, i veicoli elettrici hanno faticato a percorrere oltre 200 miglia con una singola carica e il tempo di ricarica rende i lunghi viaggi un calvario.
Tutto sta per cambiare.
Washington DC: Mentre sempre più esperti stanno enfatizzando l’uso di veicoli elettrici per un futuro sostenibile, ci sono ancora diversi problemi che ostacolano la sua adozione diffusa, con i ricercatori che lavorano per risolverli.
Una delle più significative di queste sfide ha a che fare con la massa, poiché anche le batterie e i supercondensatori dei veicoli elettrici più attuali sono incredibilmente pesanti.
Un gruppo di ricerca del Texas A and M University College of Engineering si sta avvicinando al problema di massa da una prospettiva unica.
La maggior parte delle ricerche volte ad abbassare la massa dei veicoli elettrici si è concentrata sull’aumento della densità di energia, riducendo così il peso della batteria o del supercondensatore stesso.
Tuttavia, un team guidato dalla dott.ssa Jodie Lutkenhaus, professore presso il Dipartimento di ingegneria chimica Artie McFerrin, ritiene che i veicoli elettrici e gli aerei più leggeri possano essere ottenuti immagazzinando energia all’interno dei pannelli strutturali della carrozzeria.
Prospettiva delle elettriche
Questo approccio presenta una propria serie di sfide tecniche, poiché richiede lo sviluppo di batterie e supercondensatori con lo stesso tipo di proprietà meccaniche dei pannelli della carrozzeria. In particolare, le batterie e gli elettrodi del supercondensatore sono spesso formati con materiali fragili e non sono meccanicamente resistenti.
In un articolo pubblicato su – Matter – il team di ricerca ha descritto il processo di creazione di nuovi elettrodi per supercondensatori che hanno migliorato drasticamente le proprietà meccaniche.
Approfondendo questo lavoro, il team di ricerca è stato in grado di creare elettrodi molto resistenti e rigidi basati su grafene funzionalizzato con dopamina e nanofibre di Kevlar.
La dopamina, che è anche un neurotrasmettitore, è una molecola altamente adesiva che imita le proteine che consentono ai mitili di aderire praticamente a qualsiasi superficie. L’uso di dopamina e ioni calcio porta ad un significativo miglioramento delle prestazioni meccaniche.
Infatti, nell’articolo, i ricercatori riportano elettrodi supercondensatori con la più alta efficienza multifunzionale fino ad oggi (una metrica che valuta un materiale multifunzionale basato su prestazioni sia meccaniche che elettrochimiche) per elettrodi a base di grafene.
La ricerca sui motori EV
Questa ricerca porta a una famiglia completamente nuova di elettrodi strutturali, che apre le porte allo sviluppo di veicoli elettrici e aerei più leggeri.
Sebbene questo lavoro si concentri principalmente sui supercondensatori, Lutkenhaus spera di tradurre la ricerca nella creazione di batterie robuste e rigide.
Cosa c’è dietro il cambiamento? Una rivoluzione nei materiali utilizzati nelle batterie EV ricaricabili che aumenterà la loro efficienza, rendendo raggiungibili lunghe distanze e creando tempi di ricarica più brevi .
Mentre l’industria automobilistica tenta di migliorare le batterie dei veicoli elettrici (EV) attraverso la nuova tecnologia delle celle , un’azienda si è invece concentrata sul miglioramento dell’umile elettrodo.
La società francese NAWA Technologies sta pubblicizzando quello che chiama Ultra Fast Carbon Electrode, un’evoluzione del conduttore elettrico che funge da terminale attraverso il quale passa la corrente elettrica tra due mezzi. Si basa sulla stessa tecnologia di nanotubi di carbonio allineata verticalmente utilizzata negli ultracondensatori dell’azienda.
Il cambiamento
NAWA afferma che i materiali e il design degli elettrodi di corrente sono “uno dei principali limiti della potenza, dell’energia e del ciclo di vita della batteria”, poiché sono basati su polveri inefficienti con bassa conduttività elettrica, termica e ionica. Possono anche soffrire di delimitazione e degrado precoci, afferma.
L’elettrodo di carbonio ultra veloce utilizza 100 miliardi di nanotubi di carbonio allineati verticalmente per centimetro quadrato, aumentando notevolmente la conduttività ionica, elettrica e termica. Affermato di aumentare la potenza della batteria di un fattore 10, l’accumulo di energia di un fattore tre e aumentare sostanzialmente la durata utilizzabile della batteria, si dice anche che riduca i tempi di ricarica “fino a pochi minuti anziché ore” e di conseguenza porti risparmi sui costi.
Si afferma che la tecnologia dell’elettrodo a secco è facilmente riciclabile anche alla fine del suo ciclo di vita più lungo. NAWA stima che l’impronta di CO2 della batteria potrebbe essere ridotta fino al 60%, a causa della minore richiesta di materiale attivo.
Sebbene sia ancora in fase di sviluppo, NAWA afferma che il nuovo sistema di elettrodi sarà pronto per il mercato in appena 12 mesi. Tuttavia, la produzione non dovrebbe iniziare fino al 2023.
Più tipi di elettrodi possono essere prodotti a seconda dell’applicazione pertinente, afferma NAWA, con gli elettrodi in grado di funzionare con le chimiche delle batterie esistenti o più avanzate.
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