Nota di l'editore: A tecnulugia elettrica hè l'avvene di a terra verde, è a tecnulugia di e batterie hè a basa di a tecnulugia elettrica è a chjave per limità u sviluppu à grande scala di a tecnulugia elettrica. L'attuale tecnulugia di e batterie mainstream hè e batterie à ioni di litiu, chì anu una bona densità energetica è una alta efficienza. Tuttavia, u litiu hè un elementu raru cù un costu elevatu è risorse limitate. À u listessu tempu, cù a crescita di l'usu di fonti d'energia rinnuvevuli, a densità energetica di e batterie à ioni di litiu ùn hè più sufficiente. Cumu risponde? Mayank Jain hà fattu un bilanciu di alcune tecnulugie di batterie chì puderanu esse aduprate in u futuru. L'articulu originale hè statu publicatu nantu à medium cù u titulu: U Futuru di a Tecnulugia di e Batterie
A terra hè piena d'energia, è facemu tuttu ciò chì pudemu per catturà è fà un bon usu di sta energia. Ancu s'è avemu fattu un travagliu megliu in a transizione versu l'energie rinnuvevuli, ùn avemu micca fattu assai prugressu in u almacenamentu di l'energia.
Attualmente, u più altu standard di tecnulugia di batterie hè e batterie à ioni di litiu. Sta batteria pare avè a megliu densità energetica, alta efficienza (circa 99%) è longa durata.
Dunque, chì ci hè di male ? Mentre l'energia rinnuvevule chì catturemu cuntinueghja à cresce, a densità energetica di e batterie à ioni di litiu ùn hè più sufficiente.
Siccomu pudemu cuntinuà à pruduce batterie in lotti, questu ùn pare micca esse un grande prublema, ma u prublema hè chì u lithium hè un metallu relativamente raru, dunque u so costu ùn hè micca bassu. Ancu s'è i costi di pruduzzione di batterie sò in calata, u bisognu di almacenamentu d'energia hè ancu in rapida crescita.
Avemu ghjuntu à un puntu induve, una volta chì a batteria à ioni di litiu hè fabbricata, avarà un impattu enormu nantu à l'industria energetica.
A più alta densità energetica di i combustibili fossili hè un fattu, è questu hè un fattore d'influenza enorme chì impedisce a transizione versu una dipendenza tutale da l'energie rinnuvevuli. Avemu bisognu di batterie chì emettenu più energia chè u nostru pesu.
Cumu funzionanu e batterie à ioni di litiu
U mecanismu di funziunamentu di e batterie à u litiu hè simile à e batterie chimiche AA o AAA ordinarie. Anu terminali anodici è catodici, è un elettrolitu trà di elli. À u cuntrariu di e batterie ordinarie, a reazione di scarica in una batteria à ioni di litiu hè reversibile, dunque a batteria pò esse ricaricata ripetutamente.
U catodu (+ terminale) hè fattu di fosfatu di ferru è litiu, l'anodu (- terminale) hè fattu di grafite, è a grafite hè fatta di carbone. L'elettricità hè solu u flussu di elettroni. Queste batterie generanu elettricità muvendu ioni di litiu trà l'anodu è u catodu.
Quandu sò caricati, l'ioni si movenu versu l'anodu, è quandu sò scaricati, l'ioni correnu versu u catodu.
Stu muvimentu di ioni provoca u muvimentu di l'elettroni in u circuitu, dunque u muvimentu di ioni di litiu è u muvimentu di l'elettroni sò ligati.
Batteria à anodu di siliciu
Parechje grande cumpagnie automobilistiche cum'è BMW anu investitu in u sviluppu di batterie à anodi di silicone. Cum'è e batterie à ioni di litiu ordinarie, queste batterie utilizanu anodi di litiu, ma invece di anodi à basa di carbone, utilizanu silicone.
Cum'è anodu, u siliciu hè megliu cà a grafite perchè richiede 4 atomi di carboniu per mantene u litiu, è 1 atomu di siliciu pò mantene 4 ioni di litiu. Questu hè un aghjurnamentu maiò... rendendu u siliciu 3 volte più forte di a grafite.
Eppuru, l'usu di u lithium hè sempre una spada à doppia lama. Stu materiale hè sempre caru, ma hè ancu più faciule di trasferisce l'installazioni di pruduzzione à e cellule di siliciu. Se e batterie sò cumpletamente diverse, a fabbrica duverà esse cumpletamente riprogettata, ciò chì farà chì l'attrattività di u cambiamentu sia ligeramente ridutta.
L'anodi di siliciu sò fatti trattendu a rena per pruduce siliciu puru, ma u prublema più grande chì i circadori affrontanu attualmente hè chì l'anodi di siliciu si gonfianu quandu sò usati. Questu pò fà chì a batteria si degradi troppu rapidamente. Hè ancu difficiule di pruduce in massa anodi.
Batteria di grafene
U grafene hè un tipu di fiocchi di carbone chì utilizanu u listessu materiale cum'è una matita, ma ci vole assai tempu per attaccà a grafite à i fiocchi. U grafene hè lodatu per e so eccellenti prestazioni in parechji casi d'usu, è e batterie sò unu di elli.
Certe cumpagnie stanu travagliendu nantu à batterie di grafene chì ponu esse caricate cumpletamente in minuti è scaricate 33 volte più velocemente cà e batterie à ioni di litiu. Questu hè di grande valore per i veiculi elettrichi.
Batteria di schiuma
Attualmente, e batterie tradiziunali sò bidimensionali. Sò impilate cum'è una batteria à u litiu o arrotolate cum'è una tipica batteria AA o à ioni di litiu.
A batteria di schiuma hè un novu cuncettu chì implica u muvimentu di carica elettrica in u spaziu 3D.
Sta struttura tridimensionale pò accelerà u tempu di carica è aumentà a densità di energia, queste sò qualità estremamente impurtanti di a batteria. In paragone cù a maiò parte di l'altre batterie, e batterie in schiuma ùn anu micca elettroliti liquidi dannosi.
E batterie in schiuma utilizanu elettroliti solidi invece di elettroliti liquidi. Questu elettrolitu ùn solu conduce ioni di litiu, ma isola ancu altri dispositivi elettronichi.
L'anodu chì mantene a carica negativa di a batteria hè fattu di rame schiumatu è rivestitu cù u materiale attivu necessariu.
Un elettrolitu solidu hè tandu applicatu intornu à l'anodu.
Infine, una cusì detta "pasta pusitiva" hè aduprata per riempie i spazii vuoti in a batteria.
Batteria à l'ossidu d'aluminiu
Queste batterie anu una di e più grande densità energetiche di qualsiasi batteria. A so energia hè più putente è più ligera di l'attuali batterie à ioni di litiu. Certi dicenu chì queste batterie ponu furnisce 2.000 chilometri di veiculi elettrici. Chì ghjè stu cuncettu? Per riferimentu, l'autonomia massima di crociera di Tesla hè di circa 600 chilometri.
U prublema cù ste batterie hè chì ùn ponu esse caricate. Producenu idrossidu d'aluminiu è liberanu energia per via di a reazione di l'aluminiu è di l'ossigenu in un elettrolitu à basa d'acqua. L'usu di e batterie cunsuma l'aluminiu cum'è anodu.
Batteria di sodiu
Attualmente, i scientifichi giapponesi stanu travagliendu à a fabricazione di batterie chì utilizanu sodiu invece di litiu.
Questu saria disruptive, postu chì e batterie à sodiu sò teoricamente 7 volte più efficienti chè e batterie à litiu. Un altru grande vantaghju hè chì u sodiu hè u sestu elementu più riccu in e riserve di a terra, paragunatu à u litiu, chì hè un elementu raru.
Data di publicazione: 02 dicembre 2019