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Batterie auto elettriche: tipologie, vantaggi e durata

Batterie per auto elettriche: come funzionano, tipologie, vantaggi e durata nel tempo di queste irrinunciabili componenti.









Le auto elettriche stanno sempre diventando più popolari anche in Italia, grazie anche agli incentivi voluti a livello statale, eppure molti dubbi ancora permangono sul fronte delle batterie. I guidatori faticano a comprendere le differenze delle tipologie disponibili sul mercato e, soprattutto, non riescono a coglierne appieno i vantaggi. Ad esempio, come funzionano gli accumulatori per veicoli elettrici e a quanto ammonta la loro durata?

Orientarsi in questo universo non è semplice, anche perché ogni produttore garantisce delle innovazioni specifiche per aumentare la capacità di carica, l’autonomia e ridurre il più possibile i tempi di ricarica. Di seguito, qualche informazione utile.

Batterie per auto elettriche: come funzionano




Le batterie per auto elettriche non si differenziano molto, a livello di funzionamento, dalle analoghe componenti incluse in molti strumenti di uso quotidiano, dagli smartphone a molti altri dispostivi. Grazie a una reazione chimica, viene non solo prodotta energia elettrica, ma quest’ultima può essere anche immagazzinata.

Così come qualsiasi altra batteria, si può semplificare il concetto alla base come quello di una comunissima pila. Grazie a specifiche reazioni chimiche, un anodo cede un flusso di elettroni a un catodo, sfruttando un elettrolita. Quest’ultimo può essere liquido – come nella maggior parte delle batterie oggi in commercio – oppure solido. Non a caso chiamate “batterie allo stato solido”, rappresentano una grande scommessa per il futuro: sono infatti in grado di accumulare grandi quantità di energia e, di conseguenza, di estendere sensibilmente l’autonomia del veicolo.

Batterie: le tipologie



Sono diverse le tipologie di batterie che possono essere presenti all’interno di una vettura, sia classica che elettrica. Nel primo caso, la componente viene utilizzata per alimentare dispositivi interni all’abitacolo, nonché per la fase di avviamento del motore e garantire l’illuminazione di fari e altre luci montate sul veicolo. Nel secondo alimentano invece il motore, oltre che ad assolvere a tutte le altre funzioni già elencate. Fra i più comuni tipi di accumulatori, si elencano:

Batterie al piombo: tra le prime batterie inventate, già ormai più di un secolo fa, hanno rappresentato le candidate ideali per i primi esperimenti di mobilità elettrica negli anni ’90. Con un’autonomia di poco più di 100 chilometri e tempi di ricarica oltre le 10 ore, oggi vengono usate perlopiù per piccoli mezzi da lavoro;

Batterie al nichel-metallo: note anche come NiMH, sono molto apprezzate per la loro durata nel tempo, anche se l’autonomia non è delle migliori a oggi raggiunte. Montate sulle prime auto elettriche moderne, soffrono però di problematiche relative all’autonomia: perdono capacità con il crescere dei cicli di ricarica;

Batterie agli ioni di litio: oggi le più diffuse non solo sulle auto elettriche, ma anche su una lunga serie di dispositivi elettronici, offrono una buona capacità e tempi di ricarica sempre più ridotti. Alcuni produttori hanno addirittura raggiunto livelli di autonomia record – basti pensare a Tesla e alla soglia delle 400 miglia – e i tempi di alimentazione si riducono sempre di più. La loro efficienza varia però a seconda della temperatura, mentre la capacità diminuisce lentamente con i cicli di carica;

Batterie al litio allo stato solido: evoluzione delle precedenti, rappresentano oggi una vera e propria sfida per il mercato. L’elettrolita non è più liquido ma solito: in questo modo si aumenta la densità energetica della componente, garantendo un’autonomia più generosa.

Durata



Così come già accennato, oggi gli accumulatori più utilizzati per le auto elettriche sono quelli agli ioni di litio, in attesa che le batterie allo stato solido vengano distribuite su larga scala. Queste ultime vedono un ciclo di vita esteso e anche una buona capacità di utilizzo. Tendono infatti a ridurre la propria capacità di carica tra i sei e gli otto anni di utilizzo, per poi trovare altra vita altrove.

Quando la capacità di carica scende a livelli non più sufficienti per il corretto funzionamento della vettura e per garantire l’autonomia, le batterie delle auto elettriche possono essere sostituite e riutilizzate per gli impianti domestici. Ad esempio in abbinato a pannelli solari, per recuperare energia preziose per la casa anche per altro 10-15 anni dopo la rimozione dalle quattro ruote.

Costi e manutenzione

Il pacco batteria purtroppo rappresenta ancora una delle componenti più costose di un’automobile alimentata a energia elettrica. Oggi la media mondiale è di circa 100 dollari per kWh, di conseguenza per una vettura utilitario o un city car pesano sul listino di 3.000-4.000 euro.

La manutenzione è molto ridotta, fatta eccezione per la sostituzione al termine del ciclo di vita.

fonte: www.greenstyle.it


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Auto elettriche: nuova batteria dagli USA, 80% ricarica in 15 minuti

In arrivo dagli Stati Uniti una nuova batteria per auto elettriche capace di ricaricarsi dell'80% in appena quindici minuti.








In arrivo dagli USA una nuova batteria per auto elettriche capace di ricaricarsi fino all’80% in solo 15 minuti. Si tratta di un progetto lanciato dalla società statunitense QuantumScape, con sede in California. L’azienda ha dichiarato di puntare, per questo salto in avanti, sulle batterie al litio allo stato solido.

La soluzione allo studio dei ricercatori californiani potrebbe rappresentare un punto di svolta nella gestione delle auto elettriche nei lunghi viaggi. Passare da una ricarica che richieda almeno un’ora a poco più di 15 minuti sarebbe un bel passo in avanti.

Soprattutto se verranno mantenute le premesse dichiarate da QuantumScape, ovvero che il sistema di accumulo manterrà il suo corretto funzionamento per almeno 12 anni (dal primo utilizzo). Nessuna perdita apprezzabile in termini di autonomia o capacità secondo l’azienda statunitense.









Auto elettriche: le immagini dei modelli più venduti nel 2020

Ricarica veloce con batterie allo stato solido

Il segreto secondo QuantumScape è racchiuso nello sviluppo, attualmente in corso, di batterie al litio allo stato solido. Particolarità di questi sistemi di accumulo sarà la presenza di un catodo unitamente a un separatore ceramico. Assente invece l’anodo, la cui funzione verrà svolta dallo stesso litio (che in fase di ricarica attraverserà lo strato ceramico depositandosi su un contatto elettrico).

La tecnologia annunciata dalla compagnia statunitense è ancora in fase di studio e non sono ancora certi i tempi del rilascio sul mercato. A offrire garanzie sulla riuscita del progetto sono però gli oltre 380 milioni di dollari di fondi ottenuti dalla QuantumScape, parte dei quali provenienti da Bill Gates e da Volkswagen. Quest’ultima crede a tal punto nel progetto da aver acquisito quote dell’azienda californiana e punta a una “Joint Venture” per dotare le future elettriche VW dei nuovi accumulatori. 
Ha commentato Jagdeep Singh, CEO di QuantumScape:

Le batterie di oggi non sono competitive. Non hanno una densità d’energia che possa garantire un range sufficiente. Non hanno la potenza adeguata per garantire una ricarica davvero veloce. Oggi le migliori batterie per auto impiegano più di un’ora per recuperare la loro carica, in confronto a un rifornimento di carburante che richiede solo dai 5 ai 10 minuti.

Fonte: CNBC

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Batteria allo stato solido, il prototipo Samsung punta a 800km d’autonomia

Con il 50% in meno di volume rispetto a una tipica batteria agli ioni di litio, le celle a stato solido create dal big sudcoreano dell’elettronica, consentirebbero ad un’auto elettrica di percorre 800 km con una ricarica.




Le ultime novità sul fronte dell’accumulo mobile arrivano oggi da Samsung. La multinazionale sudcoreana ha creato, infatti, una batteria allo stato solido in grado di superare le prestazioni delle tradizionali unità a ioni di litio. E di aprire le porta ad un’autonomia per le auto elettriche di ben 800km con una sola ricarica.

Il merito va ad ad un gruppo di ricercatori del Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) e del Samsung R&D Institute Japan (SRJ). Nell’articolo pubblicato su Nature Energy (testo in inglese), il team ha presentato la un prototipo di batterie allo stato solido ad alte prestazioni e di lunga

Rispetto alle classiche batterie agli ioni di litio che utilizzano elettroliti liquidi, questa tecnologia fa affidamento su ceramiche o polimeri solidi. Una differenza che gli conferisce una certa sicurezza d’utilizzo e una maggiore densità di energia.


Il loro tallone d’Achille è sempre stato il costo elevato e la facilità di crescita dendritica a livello degli elettrodi. Di cosa si tratta? Il litio solido con cui è realizzato l’anodo metallico è soggetto alla formazione di strutture ramificate (dendriti) sulla sua superficie durante i cicli di ricarica. Questi elementi possono penetrare il separatore della batteria e creare cortocircuiti che, a loro volta, possono innescare surriscaldamento, incendi e persino esplosioni.

Per ovviare a tale problema, i ricercatori Samsung hanno proposto di utilizzare, per la prima volta, uno strato composito argento-carbonio (Ag-C) come anodo. Il team ha scoperto che il nuovo materiale permette alla batteria allo stato solido non solo di migliorare la sua sicurezza ma anche di aumentare capacità e durata.

Nel dettaglio sono bastati 5 µm di nanocomposito Ag-C per ridurre lo spessore dell’anodo e aumentare la densità di energia fino a 900 Wh a litro.

Non solo. Il prototipo ha già oggi un volume del 50% inferiore a una batteria agli ioni di litio convenzionale. “Questa promettente ricerca – scrive la società in una nota stampa – dovrebbe aiutare a guidare la diffusione dei veicoli elettrici. Il prototipo di cella a marsupio sviluppato dal team consentirebbe a un veicolo elettrico di percorrere fino a 800 km con una singola carica offrendo una durata del ciclo di oltre 1.000 cariche”.

Come ha spiegato Dongmin Im, a capodel Next Generation Battery Lab di SAIT e leader del progetto, “il prodotto di questo studio potrebbe essere una tecnologia di base per future batterie più sicure e ad alte prestazioni. Continueremo a sviluppare e perfezionare i materiali per batterie a stato solido e le relative tecnologie di produzione per contribuire a portare l’innovazione dello storage per veicoli elettrici al livello successivo”.

fonte: www.rinnovabili.it

Batterie a stato solido, dal MIT una ricarica che dura giorni

Un team del MIT ha ideato un anodo al litio metallico in grado di migliorare la longevità e la densità energetica delle batterie future

















Immaginate di poter ricaricare lo smartphone solo una volta ogni tre giorni, senza che siano state apportate modifiche nel peso o nelle dimensioni dell’apparecchio. Oggi l’immaginazione non deve correre così lontano: a dare una mano alla durata dell’elettronica di consumo (e non solo) è, infatti, il nuovo lavoro del MIT sulle batterie a stato solido. Un gruppo di ingeneri del celebre Instituto del Massachusetts, in collaborazione con colleghi provenenti da Hong Kong, Florida e Texas, ha compiuto il primo importante passo avanti verso le batterie ricaricabili di nuova generazione.

Uno dei molti modi in cui gli scienziati sperano di migliorare gli attuali sistemi di accumulo basati su ioni litio è quello di sostituire alcuni dei componenti liquidi (gli elettroliti) con mezzi solidiConosciute semplicemente come batterie a stato solido (solid-state batteries), questi dispositivi risultano più sicuri e meno soggetti al rischio di incendi o esplosioni. Inoltre, si prestano a cambiamenti architettonici importanti. L’anodo nelle odierne unità a ioni litio è costituito da una miscela di rame e grafite, ma nei nuovi dispostivi potrebbe essere realizzato in puro litio. Questo permetterebbe di incrementare notevolmente la densità energetica e, dal lato pratico, di prolungare la carica dei veicoli elettrici e dell’elettronica portatile.

“C’è stato molto lavoro sulle batterie a stato solido, con elettrodi al litio metallico ed elettroliti solidi”, spiega Ju Li, professore di Scienze e ingegneria nucleare, sottolineando come questi sforzi si siano scontrati con una serie di problemiUno dei principali è l’accumulo degli atomi all’interno del litio metallico e la sua conseguente espansione durante la carica; al contrario, durante la fase di scarica, il metallo si restringe. Questi ripetuti cambiamenti dimensionali duranti i cicli rendono rendono difficile per i solidi mantenere un contatto costante. Il rischio maggiore? La frattura o il distacco dell’elettrolita.
Un altro problema da non sottovalutare è che nessuno degli elettroliti solidi proposti è realmente stabile sotto il profilo chimico una volta in contatto on il litio metallico altamente reattivo. Di conseguenza il composto tende a degradarsi nel tempo.
La soluzione a entrambe le sfide arriva da un nuovo design che utilizza due classi aggiuntive di solidi, i “conduttori ionico-elettronici misti” (MIEC) e un isolante. I ricercatori hanno sviluppato una nanoarchitettura tridimensionale a nido d’ape costituita di tubi esagonali in MIEC, parzialmente infusi con il litio puro per formare l’anodo. All’interno di ciascun tubo è stato lasciato dello spazio in maniera da permettere al metallo di espandersi all’interno durante la fase di carica. Questa soluzione, allevia la pressione senza modificare le dimensioni esterne dell’elettrodo o il confine tra l’elettrodo e l’elettrolita. L’altro materiale, l’isolante, funge da legante meccanico tra le pareti MIEC e lo strato di elettrolita solido.

Li afferma che sebbene molti altri gruppi stiano lavorando su quelle che chiamano batterie solide, la maggior parte di questi sistemi funziona effettivamente meglio con un elettrolita liquido miscelato con un secondo materiale solido elettrolitico. “Ma nel nostro caso“, spiega, “è davvero tutto solido. Non contiene liquidi o gel di alcun tipo”. Il team ha testato l’architettura delle nove batterie a stato solido e ha riferito di essere stato in grado di sopportare 100 cicli di carica e scarica senza alcun segno di frattura. L’obiettivo è ora creare anodi che pesino circa un quarto di attuali, ma con la stessa capacità di accumulo.

fonte: www.rinnovabili.it

Batterie veicoli elettrici, Volkswagen si accorda con la Cina per il litio

















Il Gruppo Volkswagen si è assicurato la fornitura a lungo termine di litio per le celle batteria grazie alla firma di un memorandum d’intesa con la cinese Ganfeng Lithium Co., Ltd.

Ganfeng metterà il litio a disposizione del Gruppo e dei suoi fornitori per i prossimi dieci anni. In questo modo il Gruppo Volkswagen si assicura fin d’ora una quota significativa del proprio fabbisogno di litio per le batterie.
“Nel corso dei prossimi 10 anni - ha dichiarato Stefan Sommer, Membro del Consiglio di Amministrazione del Gruppo Volkswagen - il Gruppo lancerà oltre 70 nuovi modelli puramente elettrici. Ciò significa che circa un quarto delle unità consegnate nel 2025 sarà alimentato con l’energia elettrica. Di conseguenza si verificherà un rapido incremento della nostra domanda di materie prime per la produzione di celle. Dobbiamo essere tempestivi nell’assicurarci la copertura del fabbisogno. Accordi a lungo termine come quello per il litio - materia prima fondamentale - che abbiamo appena chiuso con Ganfeng sono quindi di un’importanza strategica cruciale per implementare la nostra offensiva elettrica”.
In vista del veloce avanzare dell’elettrificazione dei veicoli nell’industria automobilistica, con i conseguenti impatti sul mercato globale delle materie prime, Volkswagen prevede infatti che la domanda mondiale di litio possa più che raddoppiare entro il 2023.
Oltre agli accordi per la fornitura di litio, il Gruppo Volkswagen e Ganfeng hanno anche concordato di collaborare su temi del futuro come le batterie allo stato solido e il riciclo.
"Insieme a partner strategici selezionati - conclude Michael Bäcker, Direttore degli Acquisti per l’e-Mobility del Gruppo Volkswagen - il Gruppo sta identificando e creando sinergie comuni lungo la catena del valore delle batterie ad alto
voltaggio.”
fonte: www.oggigreen.it