Non vuoi batterie fatte di pietre? Ci aspetta una nuova rivoluzione nel campo delle batterie ricaricabili? Di tutto questo oggi.
In tutto il mondo è da tempo in corso una corsa per raggiungere la massima efficienza possibile della cosiddetta energia verde. Le fonti energetiche rinnovabili che non emettono gas serra nell'atmosfera sono il futuro della nostra civiltà, di cui nessuno dubita. Questo non è più solo un sogno, ma il bisogno del giorno. Gli scienziati lanciano sempre più l'allarme, esortandoci a risparmiare elettricità e cercare di utilizzare i dispositivi elettrici nel modo più efficiente possibile.
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Le batterie agli ioni di litio non sono più così efficienti
La maggior parte dei dispositivi funziona a batterie o batterie, dai vecchi lettori Walkman ai più recenti smartphone o auto elettriche, basati su tecnologie agli ioni di litio (Li-ion). Sono stati utilizzati per molti anni nella maggior parte degli apparecchi elettrici e dei dispositivi tecnologici, sebbene non siano molto efficienti dal punto di vista energetico e durevoli. Inoltre, il loro smaltimento nel tempo diventa un vero problema per la situazione ecologica del nostro ambiente.
Le batterie agli ioni di litio sono posizionate quasi ovunque, perché sono economiche e hanno prestazioni elevate. Poiché il costo di queste batterie è sceso in modo significativo nell'ultimo decennio, stanno diventando l'alternativa più praticabile per un uso a lungo termine, semplicemente per la loro abbondanza. Oggi, queste batterie hanno raggiunto un basso costo e una maggiore densità energetica non attraverso scoperte tecnologiche, ma attraverso l'ottimizzazione ingegneristica semplice e persistente dei metodi di produzione, degli strumenti e dell'efficienza.
Tuttavia, con lo sviluppo di nuovi metodi e tecnologie di produzione di elettricità, cresce la domanda di metodi efficienti per il suo stoccaggio. Su piccola scala, non ci sono problemi con questo: la soluzione sono vari tipi di batterie e accumulatori, che sono un elemento di realtà ovvio quanto l'elettricità stessa.
Servono per alimentare telefoni, vari tipi di illuminazione, un tempo servivano per usare torce o lettori musicali, anche se ora sono tutti nei nostri smartphone. Ma come si immagazzina l'energia necessaria per alimentare un'intera famiglia? Si scopre che anche in questo caso le batterie possono tornare utili. Ovviamente non stiamo parlando di batterie del tipo delle popolari "dita" disponibili nei negozi, ma di dispositivi completamente nuovi, che sono di per sé entusiasmanti risultati ingegneristici.
La ricerca è in corso da tempo per sviluppare nuove batterie in grado di competere con le batterie agli ioni di litio in termini di prestazioni, costi e durata.
Molte di queste nuove tecnologie non sono del tutto nuove. In sostanza, funzionano in modo simile alle batterie agli ioni di litio, ma utilizzando materiali diversi. Ecco alcuni degli esempi più interessanti di tecnologie che potrebbero presto rivoluzionare il campo dell'accumulo di energia.
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Batterie allo stato solido
Questo tipo di batteria, a differenza di altre, non utilizza elettroliti liquidi o in gel, ma forme solide. Tali elettroliti sono generalmente sotto forma di ceramica, vetro, polimeri o solfiti. Le batterie a stato solido sono più efficienti perché forniscono più energia per le stesse dimensioni delle loro controparti agli ioni di litio. Hanno un grande potenziale, soprattutto nel campo dell'alimentazione dei veicoli elettrici.
Una batteria a stato solido ha il potenziale per risolvere la maggior parte dei problemi sopra elencati con le odierne batterie agli ioni di litio. Una batteria allo stato solido in vetro può avere una densità di energia tre volte superiore utilizzando un anodo di metallo alcalino (litio, sodio o potassio), che aumenta la densità di energia del catodo e garantisce una lunga durata. Un elettrolita solido è considerato non infiammabile o almeno resistente all'autoaccensione. La natura non infiammabile delle batterie a stato solido riduce anche il rischio di surriscaldamento, consentendo alle celle di essere imballate più strettamente, aumentando così la flessibilità di progettazione e la densità apparente.
Le grandi speranze per queste batterie sono legate al fatto che possono durare molto più a lungo. E questo è un grande vantaggio nel mondo di oggi.
Tuttavia, le batterie a stato solido sono attualmente a un basso livello di prontezza tecnologica e la ricerca fondamentale è ancora in corso, causando incertezza e preoccupazioni relative agli elevati costi di produzione e alla scalabilità. La sfida è anche quella di introdurre elettroliti solidi in un processo che sia compatibile con le moderne pratiche di produzione, che non dovrebbe influire sulla durata o sul costo del prodotto finale, aggiungendo anche vantaggi come una migliore energia e densità di potenza, maggiore sicurezza e maggiore produttività . .
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Batterie al litio-zolfo
Le batterie al litio-zolfo (Li-S) (da non confondere con "litio-zolfo" - queste batterie eterne sono alimentate dalle controversie degli ucraini) iniziarono a essere sviluppate e studiate dagli anni '60 del secolo scorso come dispositivo efficace per immagazzinare energia mediante reazioni elettrochimiche reversibili. Nonostante il rapido sviluppo e la commercializzazione della tecnologia delle batterie agli ioni di litio (LIB), non è stata raggiunta alcuna svolta per risolvere le sfide tecniche critiche che le batterie agli ioni di litio dovranno affrontare nei prossimi decenni. Pertanto, negli anni 2000, le batterie Li-S hanno riacquistato un notevole interesse da parte degli sviluppatori grazie ai loro vantaggi: basso costo ed elevata energia specifica teorica. Questi indicatori sono quasi 3 volte superiori alle caratteristiche delle attuali batterie agli ioni di litio. Il basso costo e l'alto contenuto di zolfo (ovvero materiale catodico attivo) rende le batterie litio-zolfo più attraenti rispetto alle batterie agli ioni di litio, dato che queste ultime utilizzano materiali critici come cobalto e nichel nella produzione del catodo.
E nelle batterie litio-zolfo, il catodo, che è uno dei due elettrodi della batteria, sarà fatto di zolfo. Questo elemento è più bilanciato rispetto ai tradizionali nichel e cobalto. Tali batterie sono più efficienti delle batterie agli ioni di litio. Ciò può ovviamente portare a una maggiore autonomia delle auto in cui verranno utilizzate. Possiamo dire che il grande vantaggio di queste batterie è che lo zolfo è una materia prima poco costosa e molto diffusa. Allo stesso tempo, il processo di produzione di tali batterie è molto simile a quello utilizzato per la produzione di batterie agli ioni di litio, il che significa che gli stessi dispositivi e capacità di produzione possono essere utilizzati per la loro produzione.
Un altro vantaggio di questo tipo di batterie è la minore quantità di energia richiesta per la loro fabbricazione, di quasi il 25%. Tutte queste caratteristiche possono rendere molto redditizia la produzione di batterie litio-zolfo.
Gli sviluppi sono già in pieno svolgimento. L'azienda Lyten ha ottenuto un successo particolarmente significativo in questo settore. Ha già un'intera piattaforma di batterie LytCell EV. La società afferma che la sua batteria è più economica e più sicura delle odierne batterie agli ioni di litio e potrebbe essere utilizzata nei veicoli elettrici prodotti in serie costruiti negli Stati Uniti entro la metà di questo decennio.
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Batterie ferro-aria
Questo tipo di batteria funziona sulla base del processo di ossidazione del ferro utilizzando l'aria. Nel processo di ricarica, le sostanze ossidate vengono riconvertite in ferro in un processo noto come ossidazione inversa. Si prevede che le batterie ferro-aria si diffondano nel prossimo futuro, principalmente perché consentono un accumulo di energia quasi 25 volte più lungo rispetto alle batterie agli ioni di litio.
A causa delle grandissime riserve sia di ferro che di aria, tali batterie costerebbero sicuramente molto meno. Secondo le stime, il loro prezzo può essere inferiore di circa 10 volte rispetto alle batterie esistenti! Sfortunatamente, tali batterie presentano uno svantaggio significativo: a causa della bassa velocità di ossidazione del ferro, la loro ricarica può richiedere molto tempo.
La start-up Form Energy, nata sulla base del famoso Massachusetts Institute of Technology (MIT), sta sviluppando con successo batterie ferro-aria. Le batterie Form Energy, secondo gli sviluppatori, sono dieci volte più economiche del litio e usano il ferro, che è abbondante nel mondo. Allo stesso tempo, le batterie ferro-aria possono durare più a lungo delle batterie al litio e sono anche più sicure perché non sono infiammabili.
L'unico inconveniente visto al momento è che queste batterie sono lente a caricarsi, rendendole un'opzione meno praticabile rispetto alle batterie al litio, ad esempio nel caso di laptop o smartphone. Sono invece un'ottima soluzione per l'accumulo di energia a livello di rete elettrica nazionale, in quanto possono fornire 100 ore di accumulo di energia, molto più a lungo delle batterie al litio, che possono durare fino a sei ore. In questo modo, possono facilitare l'integrazione di parchi solari e parchi eolici su larga scala.
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Batterie con pietrisco
Un altro esempio interessante di un nuovo tipo di batteria sono quelle che immagazzinano calore anziché elettricità. Ad esempio, l'azienda israeliana Brenmiller Energy sta lavorando sull'utilizzo di materiali alternativi, come le rocce, per immagazzinare l'energia termica. Dal 2012, Brenmiller Energy utilizza la pietra frantumata prima per la generazione e poi per lo stoccaggio dell'energia termica. Tali tecnologie, a loro volta, possono essere utilizzate per vari scopi, ad esempio nell'industria.
È interessante notare che l'idea di utilizzare pietrisco per lo stoccaggio di energia non è del tutto nuova. La NASA, che ha al suo attivo molte nuove tecnologie, ha testato tecnologie di accumulo di energia termica dagli anni settanta del secolo scorso. A differenza di quelle convenzionali, le batterie prodotte dall'azienda israeliana utilizzano energia per produrre vapore, acqua calda o aria calda. Brenmiller Energy afferma che il suo impianto, chiamato Tempo, sarà in grado di immagazzinare fino a 35 MWh di energia, producendo fino a 14 tonnellate di vapore all'ora.
Questo è molto importante per l'economia israeliana, dove fino al 45% di tutte le emissioni legate all'energia proviene dal settore del riscaldamento industriale. Questo progetto è quello di sostituire le caldaie a vapore che funzionano con combustibili fossili tradizionali.
Nuove realtà richiedono nuove soluzioni. La comparsa di nuovi tipi di batterie contribuirà allo sviluppo di tecnologie nel campo del risparmio energetico. Forse tra qualche anno il tuo laptop o smartphone non avrà più bisogno di essere ricaricato ogni giorno, perché funzionerà per un mese, o forse anche un anno, con una sola carica. E allo stesso tempo, il nuovo tipo di batteria non solo farà risparmiare energia, ma contribuirà anche alla salvaguardia dell'ambiente.
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