Studio di Stanford sui veicoli elettrici
By o1m94
L’università ha ideato un nuovo design della cella contenente la batteria, che è più leggera e anche meno infiammabile.
Tra un decennio o due, probabilmente guarderemo indietro e rideremo dell’angoscia per le dimensioni, il peso e la capacità della batteria dei veicoli elettrici, ma per ora, apportare miglioramenti a tutti e tre è ciò che tutti sperano.
Sta cominciando a sembrare sempre più probabile che questi miglioramenti non deriveranno da una svolta enorme, come un tipo completamente nuovo di chimica della batteria finora sconosciuta, ma da un’evoluzione della batteria agli ioni di litio, che ha richiesto più di 20 anni per passare da prototipi convincenti allo stadio in cui si trova adesso.
Un aspetto della tecnologia delle batterie agli ioni di litio che probabilmente si trova sopra il resto è il peso. Riduci il peso di un veicolo e ha bisogno di meno energia per portarlo a una certa distanza, sia che sia alimentato da elettricità o carburante convenzionale.
Rendi una batteria più leggera e la pressione viene via dalla chimica e aumentando la capacità energetica. Ma fai entrambe le cose allo stesso tempo – aumenta la capacità e riduci il peso – e le cose stanno decisamente migliorando.
Il progetto universitario statunitense
Un progetto di ricerca della Stanford University e del SLAC National Accelerator Laboratory ha messo a punto un nuovo design della cella che è significativamente più leggero e meno disposto a prendere fuoco e bruciare rispetto alla tecnologia esistente. Ridurre il peso offre un duplice vantaggio.
Molte comunità farebbero meglio a investire in veicoli elettrici che funzionano a batterie invece che a celle a combustibile a idrogeno, in parte perché l’infrastruttura a idrogeno fornisce pochi vantaggi energetici aggiuntivi per la comunità oltre ai trasporti puliti.
Questo secondo uno studio nel numero di novembre della rivista Energy condotto da scienziati dell’Università di Stanford e dell’Università Tecnica di Monaco (TUM). Hanno confrontato le auto che funzionano a batterie con le celle a combustibile a idrogeno in un futuro ipotetico in cui il costo dei veicoli elettrici è più abbordabile.
Le dichiarazioni
“Abbiamo esaminato come l’adozione su larga scala di veicoli elettrici avrebbe influenzato il consumo totale di energia in una comunità, per gli edifici così come per i trasporti”, ha detto l’autore principale Markus Felgenhauer, un dottorando presso TUM ed ex borsista in visita presso la Stanford Global Climate and Progetto energetico (GCEP). “Abbiamo scoperto che investire in veicoli a batteria completamente elettrici è una scelta più economica per ridurre le emissioni di anidride carbonica, principalmente a causa del loro costo inferiore e dell’efficienza energetica significativamente più elevata”.
“Studi come questi sono necessari per identificare i percorsi più economici e più efficienti per una decarbonizzazione profonda del sistema energetico globale”, ha aggiunto la coautrice dello studio Sally Benson , professoressa di ingegneria delle risorse energetiche a Stanford e direttrice del GCEP
Come si sviluppa
La densità di energia in base al peso viene aumentata, quindi le dimensioni e il peso della batteria possono essere ridotti. Ciò a sua volta riduce il peso complessivo dell’auto in un circolo virtuoso, quindi è necessaria meno energia per spostarla.
Il segreto sta in un nuovo design del collettore. Un componente di una cella agli ioni di litio che trasporta l’elettricità da e verso gli elettrodi (sia l’anodo che il catodo).
Qualunque sia il formato della batteria, i collettori di celle agli ioni di litio sono realizzati in foglio di rame e, sebbene sottili, sono responsabili tra il 15% e il 50% del peso di una cell. A seconda delle sue dimensioni e dello spessore. I tentativi nell’industria di ridurre il peso dei collettori finora non hanno avuto successo. Ma invece del rame solido il nuovo collettore è costituito da una poliimmide, un polimero in grado di resistere alle alte temperature che è stato anche impregnato con un ritardante di fiamma.
Il polimero
Il polimero è rivestito su ogni lato (creando un sandwich di plastica) con una pellicola ultra sottile di rame. Quindi l’articolo finito non è solo più leggero (dell’80% rispetto a una cella convenzionale) ma, a differenza del design convenzionale, è anche riluttante bruciare. Normalmente, le celle agli ioni di litio bruciano facilmente fino a quando tutto l’elettrolito non è esaurito.
Ridurre il costoso contenuto di rame ridurrà i costi e il peso e ci sono anche vantaggi ambientali. Perché enormi quantità di metallo vengono utilizzate in qualsiasi cosa elettrica. Peso, costo e sostenibilità sono anche le ragioni per cui gli sviluppatori di motori EV stanno ricercando l’uso dell’alluminio per sostituire il rame negli avvolgimenti del motore.
Finora la nuova tecnologia è stata testata solo a livello di laboratorio ma i segnali sono incoraggianti. Non si prevede che l’aumento della scala per la produzione di massa dovrebbe presentare problemi ed è stato richiesto un brevetto .
Successo in Silicon Alley
I ricercatori dell’Università della Finlandia orientale hanno fatto un passo avanti. Proprio nell’uso del silicio invece della grafite per gli anodi nelle batterie agli ioni di litio. Il vantaggio del silicio è una maggiore densità di energia, ma l’espansione e la contrazione in uso si sono dimostrate un ostacolo. La creazione di un materiale ibrido di silicio mesoporoso e nanotubi di carbonio risolve il problema. Può portare a veicoli elettrici a ricarica più rapida, a lungo raggio o più leggeri.
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