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Traduzione a cura di Denis Gobbi

La nuova batteria agli ioni di alluminio può rimpiazzare molte batterie agli ioni di litio e alcaline ancor oggi in uso.

 

 

Gli scienziati dell’Università di Stanford hanno inventato la prima batteria di alluminio ad alte prestazioni. Ha una lunga durabilità, si ricarica velocemente ed è a basso costo. I ricercatori affermano che la nuova tecnologia offre un’alternativa sicura alle batterie commerciali attualmente diffuse.

Abbiamo sviluppato una batteria ricariabile che può rimpiazzare quelle attuali, quali le batterie alcaline ad esempio, dannose per l’ambiente e le batteria agli ioni di litio che occasionalmente possono prendere fuoco. La nostra nuova batteria non prenderà mai fuoco, nemmeno trapanandola.

Hongjie Dai, professore di chimica a Stanford

Dai e i suoi colleghi descrivono la loro nuova creazione in “Una batteria ricaricabile ultravelocemente agli ioni di alluminio” articolo pubblicato il 6 aprile sull’edizione online di Nature.

L’alluminio è stato a lungo un materiale attraente per quanto riguarda l’impiego nelle batterie, sopratutto per il suo basso costo, la bassa infiammabilità e l’alta capacità di immagazzinamento di energia. Per decenni, i ricercatori hanno tentato invano di sviluppare una batteria agli ioni di alluminio che potesse essere commercializzata. La sfida chiave da vincere consisteva nel trovare materiali capaci di produrre voltaggio sufficiente dopo ripetuti cicli di carica e scarica.

 

 

 

Catodi di Grafite

Una batteria agli ioni di alluminio consiste in due elettrodi: un anodo caricato negativamente fatto di alluminio e un catodo caricato positivamente.

Sono stati sperimentati catodi di diversi materiali. Abbiamo accidentalmente scoperto che una soluzione semplice consisteva nell’utilizzo della grafite, in pratica carbonio. Nel nostro studio, abbiamo identificato alcuni tipi di grafene che ci permettono di ottenere ottime prestazioni.

ha detto Dai.

Per il prototipo, la squadra di Stanford ha assemblato l’anodo di alluminio e il catodo di grafite assieme a un liquido ionico elettrolitico all’interno di un sacchetto ricoperto da un polimero flessibile.

L’elettrolita è in pratica un sale liquido a temperatura ambiente, quindi è molto sicuro.

– Ming Gong studente di Stanford co-autore dello studio

Le batterie di alluminio sono più sicure delle convenzionali batterie agli ioni di litio utilizzate in milioni di computer e cellulari al giorno d’oggi, ha aggiunto Dai.

Le batterie agli ioni di litio possono causare rischio d’incendio

Per fare un esempio, egli ha citato la recente decisione presa dalle compagnie aeree United e Delta di bandire i trasporti di stock di batterie agli ioni di litio sugli aerei passeggeri.

Nel nostro studio, abbiamo realizzato video dimostranti la possibilità di trapanare attraverso il rivestimento esterno della nostra batteria e continuare a farlo senza che ci sia rischio di sviluppare incendi. La batterie di litio possono comportarsi in maniera molto più imprevedibile, su un aereo, nella macchina o anche in tasca. A parte il discorso sicurezza, i nostri maggiori risultati però consistono nelle prestazioni di questa nuova batteria d’alluminio.

Per esempio la sua ricaricabilità ultra-veloce. Chi possiede uno smartphone sà che può richiedere ore caricare una batteria agli ioni di litio. Ma la squadra di Stanford ha riportato “tempi di ricarica straordinari” da meno di un minuto con il prototipo di alluminio.

La durabilità è un altro importante fattore, batterie di alluminio sviluppate in altri laboratori morivano abitualmente dopo appena un centinaio di cicli di carica/scarica. La batteria di Stanford è stata capace invece di durare più di 7.500 cicli senza sperimentare nessuna perdita di capacità.

L’autore ha scritto:

Questa è stata la prima volta dove una batteria agli ioni di litio a carica ultra-veloce è stata assemblata e testata con stabilità oltre svariate migliaia di cicli

In comparazione, una batteria agli ioni di litio abitualmente non supera i mille cicli.

Gong ha poi aggiunto:

Un’altra caratteristica della batteria d’alluminio  consiste nella sua flessibilità. Puoi fletterla e piegarla, ha quindi un’impiego potenziale nei dispositivi elettronici flessibili. L’alluminio oltretutto è molto più economico del litio.

 

 

Applicazioni

In aggiunta ai piccoli dispositivi elettronici, le batterie di alluminio potrebbero venire utilizzate per immagazzinare energia rinnovabile nella rete elettrica, ci dice Dai.

Le reti elettriche necessitano di batterie che possiedano un ciclo di vita molto lungo e che possano rapidamente immagazzinare e rilasciare energia. I nostri ultimi dati non ancora pubblicati suggeriscono che una batteria di alluminio possa venire ricaricata decine di migliaia di volte. E’ invece impensabile la costruzione di immense batterie agli ioni di litio da utilizzare allo stesso scopo.

La tecnologia agli ioni di alluminio offre oltretutto un’alternativa amichevole nei confronti dell’ambiente rispetto alle batterie alcaline usa e getta.

Milioni di consumatori utilizzano batteria AA e AAA da 1.5 volt. Le nostre batterie di alluminio generano circa 2 volt di elettricità. Nessuno ha mai raggiunto una cifra simile con l’alluminio.

Ma ulteriori miglioramenti saranno necessari per riuscira ed eguagliare il voltaggio delle batterie agli ioni di litio, aggiunge Dai.

Le nostre batterie producono la metà del voltaggio prodotto da una tipica batteria agli ioni di litio. Ma migliorando il materiale del catodo potremmo eventualmente incrementarlo assieme alla densità dell’energia immagazzinata. Per il resto la nostra batteria possiede già tutto quel che si potrebbe desiderare da essa: economicità, sicurezza, alta velocità di ricarica, flessibilità e un lungo ciclo di vita. Vedo un promettente futuro per questa nostra nuova batteria. E’ alquanto eccitante.

Altri collaboratori esterni dello studio affiliati a Stanford sono stati gli scienziati Mengchang Lin dell’Istituto Tecnologico di Ricerca Industriale di Taiwan, Bingan Lu dell’Università di Hunan e lo studioso Yingpeng Wu. Interni a Stanford citiamo invece Di-Yan Wang, Mingyun Guan, Michael Angell, Changxin Chen e Jiang Yang; nonchè Bing-Joe Hwang dell’Università Nazionale della Scienza e della Tecnologia di Taiwan.

Il principale supporto per la ricerca è stato fornito dal Dipartimento Statunitense per l’Energia, dall’Istituto Tecnologico di Ricerca Industriale di Taiwan, dal Progetto sul Clima e l’Energia Globale di Stanford, dal ” Precourt Institute for Energy” di Stanford e dal Ministero dell’Educazione di Taiwan.

 

Fonte: news.stanford.edu

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Traduzione a cura di Denis Gobbi

Quando l’argomento riguarda i veicoli elettrici, la conversazione prima o poi verte sempre su autonomia, infrastrutture e tempi di ricarica. Per tentare di risolvere quest’ultimo problema, Volvo e Siemes hanno congiuntamente sviluppato un nuovo sistema di ricarica rapida che permette di raggiungere la massima autonomia in appena 90 minuti.

(altro…)

Traduzione a cura di Daniel Iversen

La Eos Energy Storage afferma che le batterie aria-zinco possono immagazzinare abbastanza energia per soddisfare i picchi di consumo e ad un costo molto inferiore.

Lunga vita: Questo prototipo di batteria aria-zinco può essere caricata e scaricata 2700 volte senza degreadazioni fisiche.

L’azienda produttrice riferisce di aver risolto i principali problemi che frenano una tecnologia che potrebbe rivoluzionare lo stoccaggio in rete dell’energia.
Se la compagnia avesse ragione, le batterie aria-zinco saranno in grado di immagazzinare energia alla metà del costo attuale per l’approviggionamento di gas naturale, il metodo usato per soddisfare le grandi richieste di energia.

I responsabili dell’azienda dicono che gli attuali prototipi evidenziano già il doppio della densità energetica delle batterie agli ioni di litio.

Sostengono inoltre che il prodotto finale durerà almeno 30 anni se impiegato per l’accumulo dell’energia in eccesso prodotta dalla rete elettrica, con un ciclo di vita di molto superiore a quello delle batterie al piombo, rendendole tra le batterie più durature in circolazione.
L’amministratore delegato Michael Oster afferma che la Eos a breve si concluderà una raccolta fondi di 10 milioni di dollari.

“Se ottenessero quello che dicono, sarebbe rivoluzionario” dice Steve Minnihan, analista della Lux Research, il quale spiega che questa tecnologia mostra di essere promettente sia nello stoccaggio per la rete elettrica sia per i veicoli elettrici.

La tecnologia aria-zinco attrae da molto tempo gli sviluppatori di batterie per via della loro sicurezza, del basso costo e l’offerta di alte densità di energia.
Diversamente dalle batterie convenzionali, dove tutti i reagenti sono imballati all’interno della batteria stessa, le celle aria-zinco assorbono l’ossigeno dall’aria per generare corrente.
Il ricorso all’utilizzo dell’aria esterna conferisce a queste batterie una capacità superiore in rapporto a volume e costi per i materiali più bassi. Inoltre queste batterie, a differenza di quelle agli ioni di litio, presentano una chimica a base d’acqua e non sono propense a incendiarsi.

Finora tuttavia, tali batterie hanno avuto basse efficienze e cicli di vita corti, limitando il loro uso ad applicazioni piccole e non ricaricabili, come gli apparecchi acustici.
I tecnici della EOS hanno però risolto diversi problemi confermando gli sforzi precedenti.

I progressi chiave effettuati coinvolgono cambiamenti nella chimica elettrolitica e nel design delle celle. Le batterie aria-zinco in genere usano idrossido di potassio, una soluzione basica che assorbe l’anidride carbonica dall’aria. Questo permette al carbonato di potassio di accrescere, lentamente, intasando i pori della cella.

Dato che le batterie della Eos usano un nuovo elettrolita a pH neutro, spiega Oster, queste non hanno bisogno di assorbire l’anidride carbonica. L’azienda usa anche configurazione unica, con una cella orizzontale per separare l’elettrolita liquido dall’aria, la separazione si realizza per mezzo della gravità piuttosto che con una membrana fisica. La modifica, spiega, previene la crescita di zinco sull’elettrolita, che può provocare la rottura della membrana e causare il collasso della cella.

Stoccaggio d'energia: Un rendering mostra come un sistema di stoccaggio basato su batterie ad aria-zinco potrebbe apparire. Eos Energy Storage

Oster dice che l’azienda ha portato a termine piu di 2.700 cicli senza alcuna degradazione fisica in una batteria con la capacità di un terzo di kilowatt. In confronto, la ReVolt Technology, un concorrente leader che mira a una tecnologia simile, spera di raggiungere 1000 cicli entro il 2013. Minnihan, tuttavia, dice che la Eos ha ancora una lunga strada per arrivare a ultimare l’obiettivo di 10.000 cicli con batterie nella scala dei megawatt.

Oster spiega che l’azienda mira a vendere batterie nella scala dei megawatt con una capacità di stoccaggio di 6 ore a un costo capitale di 160 dollari per kilowatt/ora. Stoccando l’energia quando la richiesta è bassa, continua, le batterie dovrebbero essere in grado di fornire elettricità a 12-17 cents kilowatt/ora nei momenti di picco della domanda, invece che dai 22 fino ai 33 cents kw/ora chiesti per l’elettricità prodotta da impianti a gas naturale.

Jeff Dahn, professore di fisica e chimica alla Dalhousie University, afferma che aver risolto i problemi riguardanti gli elettroliti e la membrana, dovrebbe già essere un significantivo passo in avanti per le batterie zinco-aria. “Ma fateci vedere i dati” dice “Non è stato mostrato niente di tutto ciò”.

Dahn sostiene anche che l’efficienza massima delle batterie zinco-aria, mettendo a rapporto la quantità di energia che entra con la quantità di energia che esce, è solo del 60% percento, paragonata all’80 % per le batterie al piombo e a più del 95 % per le batterie agli ioni di litio.
Dice inoltre che la bassa efficienza risultante è dovuta alla differenza di voltaggio tra la fase di carica e quella di scarica, e che dipende dal tipo di batteria.

Eos afferma di aver trovato dei modi per risolvere le differenze di voltaggio e aumentare l’efficienza, ma Dahn non è convinto. “Molte persone hanno lavorato a lungo sulle ricaricabili zinco-aria e il problema dell’efficienza non è ancora stato aggirato”.

Fonte: Techonology Review

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