Tre batterie che rivoluzioneranno il prossimo futuro. Perchè forti investimenti nella tecnologia attuale rischiano di essere uno spreco

                                            Prototipo Toyota di batteria al litio allo stato solido

Oggi si spendono somme fortissime , del livello del miliardo di dollari, negli impianti per la realizzazione di batterie per  la mobilità, auto , moto etc, e per  altri usi commerciali. Si investe come se la tecnologia attuale fosse destinata a rimanere immutata nel tempo, ma il rischio è che parte importante di questi investimenti sia sprecata perchè nuove t econologie saranno disponibili nel futuro prossimo.

In questo articolo ve ne presentiamo tre tipi diversi, che sono quasi dietro l’angolo:

IONI DI LITIO DI PROSSIMA GENERAZIONE

CHE COSA SONO?
Nelle batterie agli ioni di litio (Li-ion), l’accumulo e il rilascio di energia sono forniti dal movimento degli ioni di litio dall’elettrodo positivo a quello negativo avanti e indietro attraverso l’elettrolita. In questa tecnologia, l’elettrodo positivo funge da sorgente di litio iniziale e l’elettrodo negativo da ospite per il litio. Diverse sostanze chimiche sono raccolte sotto il nome di batterie agli ioni di litio, come risultato di decenni di selezione e ottimizzazione vicine alla perfezione di materiali attivi positivi e negativi. Gli ossidi metallici o fosfati litiati sono il materiale più comune utilizzato come materiali positivi presenti. Come materiali negativi vengono utilizzati grafite, ma anche grafite / silicio o ossidi di titanio litiato.

Con materiali e design delle celle effettivi, si prevede che la tecnologia agli ioni di litio raggiungerà il proprio  energetico nei prossimi anni. Tuttavia, scoperte molto recenti di nuove famiglie di materiali attivi  dovrebbero sbloccare gli attuali limiti. Questi composti innovativi possono immagazzinare più litio negli elettrodi positivi e negativi e consentiranno per la prima volta di combinare energia e potenza. Inoltre, con questi nuovi composti, si tiene conto anche della scarsità e criticità delle materie prime.

QUALI SONO I SUOI ​​VANTAGGI?
Oggi, tra tutte le tecnologie di accumulo all’avanguardia, la tecnologia delle batterie agli ioni di litio consente il massimo livello di densità energetica. Prestazioni come la carica rapida o la finestra operativa della temperatura (da -50 ° C a 125 ° C) possono essere regolate con precisione grazie all’ampia scelta di design e chimica delle celle. Inoltre, le batterie agli ioni di litio mostrano vantaggi aggiuntivi come lo scaricarsi autonomamente in modo limitato  e la durata molto lunga e le prestazioni di ciclo, tipicamente migliaia di cicli di carica / scarica.

PER  QUANDO POSSIAMO ASPETTARLE?
La nuova generazione di batterie agli ioni di litio avanzate dovrebbe essere implementata prima della prima generazione di batterie allo stato solido. Saranno ideali per l’uso in applicazioni come i sistemi di accumulo di energia per le energie rinnovabili e il trasporto (marittimo, ferroviario, aereo e mobilità fuoristrada) dove sono obbligatori alta energia, alta potenza e sicurezza.

LITIO-ZOLFO

CHE COS’È?
Nelle batterie agli ioni di litio, gli ioni di litio sono immagazzinati in materiali attivi che agiscono come strutture ospitanti stabili durante la carica e la scarica. Nelle batterie al litio-zolfo (Li-S) non ci sono strutture ospitanti. Durante lo scarico, l’anodo di litio viene consumato e lo zolfo viene trasformato in una varietà di composti chimici; durante la carica avviene il processo inverso.

QUALI SONO I SUOI ​​VANTAGGI?
Una batteria Li-S utilizza materiali attivi molto leggeri: zolfo nell’elettrodo positivo e litio metallico come elettrodo negativo. Ecco perché la sua densità energetica teorica è straordinariamente alta: quattro volte maggiore di quella degli ioni di litio. Ciò lo rende adatto per le industrie aeronautiche e spaziali.

I vantaggi sono legati alla  limitazione dell’autoscaricamento ed all’elevato numero di cicli di ricarica. Inoltre, questa tecnologia è complementare alla Li-ion allo stato solido grazie alla sua densità di energia gravimetrica superiore (+ 30% in gioco in Wh / kg).

PER QUANDO POSSIAMO ASPETTARLE?
Le principali barriere tecnologiche sono già state sperimentate e il livello di maturità sta progredendo molto rapidamente verso prototipi  producibili su vasta scala.

Per le applicazioni che richiedono una lunga durata della batteria, questa tecnologia dovrebbe raggiungere il mercato subito dopo gli ioni di litio a stato solido.

BATTERIE ALLO STATO SOLIDO

CHE COS’È?
Le batterie allo stato solido rappresentano un cambio di paradigma in termini di tecnologia. Nelle moderne batterie agli ioni di litio, gli ioni si spostano da un elettrodo all’altro attraverso l’elettrolita liquido ( batteria a conduttività ionica). Nelle batterie allo stato solido, l’elettrolita liquido è sostituito da un composto solido che tuttavia consente agli ioni di litio di migrare al suo interno. Questo concetto è tutt’altro che nuovo, ma negli ultimi 10 anni – grazie ad un’intensa ricerca a livello mondiale – sono state scoperte nuove famiglie di elettroliti solidi con conducibilità ionica molto elevata, simile all’elettrolita liquido, che ha permesso di superare questa particolare barriera tecnologica. Si rice rca soprattutto su polimeri e composti inorganici, mirando alla sinergia delle proprietà fisico-chimiche come industrializzazione, stabilità, conduttività …

QUALI SONO I SUOI ​​VANTAGGI?
Il primo enorme vantaggio è un netto miglioramento della sicurezza a livello di cella e batteria: gli elettroliti solidi non sono infiammabili se riscaldati, a differenza delle loro controparti liquide. In secondo luogo, consente l’uso di materiali innovativi ad alta capacità e ad alto voltaggio, consentendo batterie più dense e leggere con una migliore durata di conservazione grazie alla ridotta perdita di energia. Inoltre, a livello di sistema, porterà ulteriori vantaggi come la meccanica semplificata e la gestione termica e della sicurezza.

Poiché le batterie possono mostrare un elevato rapporto potenza / peso, possono essere ideali per l’uso nei veicoli elettrici.

PER QUANDO POSSIAMO ASPETTARLE?
Le prime saranno batterie allo stato solido con anodi a base di grafite, che miglioreranno le prestazioni energetiche e la sicurezza. Col tempo dovrebbero diventare disponibili in commercio tecnologie per batterie a stato solido più leggere che utilizzano un anodo metallico al litio.
Queste sono tecnologie che stanno per entrare in produzione nel prossimo futuro. Capite come molti investimenti attuali rischiano di essere superati. Meglio aspettare la maturità tecnologica, prima di mettere troppi denari in progetti incompleti.