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Tecnica

pubblicato il 27 novembre 2012

L'auto elettrica si ricaricherà in 30 secondi: ecco come

I ricercatori coreani autori della scoperta spiegano perché si potrà fare il pieno di elettricità alle batterie, come avviene oggi con la benzina o il gasolio

L'auto elettrica si ricaricherà in 30 secondi: ecco come

Un’auto elettrica che si ricarica in 30 secondi. E’ questo il futuro che si delineerebbe dopo la scoperta fatta nei laboratori dell’università coreana dell'Ulsan Institute of Science and Technology. Un traguardo reso possibile dalle nanotecnologie, che applicate alle batterie agli ioni di litio renderebbero 120 volte più veloce l’operazione di ricarica di un’automobile elettrica rispetto ai miglior accumulatori attualmente in commercio: finora non si è riusciti ad scendere sotto la soglia dei 30 minuti. OmniAuto.it ha contattato il team di ricercatori coreani, per approfondire in che modo la corrente elettrica può essere trasportata così in fretta senza ridurre la capacità o la durata della batteria. Qualora questa tecnologia dovesse diventare realtà, potrebbe essere fornita in esclusiva all’industria nazionale, non solo automobilistica. Il gruppo Hyundai, che già oggi mostra un’impressionante potenza di fuoco, godrebbe così di un vantaggio competitivo straordinario e il colosso dell’information technology, Samsung, avrebbe occasione di “vendicarsi” della guerra dei brevetti in corso con Apple.

DAL COBALTO AL MANGANESE
Le batterie agli ioni di litio (Lithium-ion batteries - LIBs) sono oggi il cuore di oggetti molto diversi fra loro: telefoni e smartphone, automobili elettriche e ibride e impianti di accumulo, come quelli abbinati ai pannelli fotovoltaici per la produzione di energia elettrica. “Allo stato attuale della tecnica - spiega il professor Jaephil Cho nella pubblicazione scientifica realizzata con il suo team - le batterie LIBs convenzionali non sono compatibili per applicazioni che richiedono un'alta potenza, come i veicoli elettrici o ibridi, perché hanno un limite: richiedono un lungo tempo di ricarica, ovvero hanno un limitato tasso di capacità elettrica”. Il materiale oggi più utilizzato è l’ossido di litio e cobalto (formula chimica LiCoO2), che viene depositato a strati negli accumulatori e funge da catodo (soggetto quindi a carica elettrica negativa) per attivare la migrazione degli ioni di litio (particelle dotate di carica elettrica positiva) e, di conseguenza, indurre gli elettroni a muoversi e produrre energia elettrica. “Di recente - continua il professore - l’attenzione si è spostata su un nuovo materiale, l’ossido di litio e manganese (formula LiMn2O4), che presenta una struttura molecolare tridimensionale che forma un tunnel dove può avvenire la migrazione degli ioni di litio. Quest’ossido può sopportare elevate tensioni elettriche di esercizio, è disponibile in abbondanza in natura, ha un costo ridotto di lavorazione, bassi livelli di tossicità e un profilo voltaico eccellente”. Ma la diffusione delle automobili elettriche dipenderà sostanzialmente dal poter caricare le batterie in pochi minuti, un tempo comparabile a quello a cui l'operazione di rifornimento di benzina e gasolio (ma si può includere anche il Gpl e il metano) ci ha abituato da decenni.

E' NEGLI SPAZI (MOLTO) RIDOTTI CHE SI RIDUCONO I TEMPI
I ricercatori coreani precisano che “l’ossido di litio-manganese è termodinamicamente stabile, anche nelle situazioni di sovraccarico, quando invece l’ossido litio-cobalto subisce modifiche nelle strutture molecolari che determinano un degrado nel tempo delle prestazioni della batterie. Ma nella sua forma più diffusa, il LiMn2O4 non soddisfa pienamente le richieste tipiche delle applicazioni ad alta potenza (come nel caso delle auto elettrica, ndr) per via della bassa conduttività di particelle negative e positive, ossia di elettroni e ioni”. Ed è proprio attraverso la creazione di nanostrutture - in cui le distanze per la diffusione degli ioni si riducono e aumenta la superficie di contatto tra elettrodo (cioè il catodo in ossido di litio-manganese) ed elettrolita (la sostanza che può dividersi in particelle cariche chiamate ioni e indurre così la produzione di elettricità) - che si raggiunge l’obiettivo di ridurre il tempo di ricarica di un’ipotetica batteria costruita con questo materiale, ma c’è uno svantaggio. “I materiali nanometrici finora studiati (1 nanometro = 1 miliardesimo di metro, ndr) devono essere impilati nel collettore di una batteria ad una distanza superiore rispetto a un materiale conduttore convenzionale, per via della superiore porosità degli elettrodi che causa una diminuzione della capacità elettrica dell’accumulatore”, spiegano gli scienziati dell'Ulsan Institute of Science and Technology.

UN CAPPOTTO DI CARBONIO
La soluzione per sfruttare il superiore tasso di capacità elettrica - cioé la superiore velocità di ricevere elettricità e quindi la riduzione del tempo di ricarica -, migliorando al contempo la compattezza delle celle di una batteria, sembra essere quella esplorata nei laboratori dell’università coreana. I ricercatori: “abbiamo ricoperto di carbonio con un sottile strato di grafite le particelle elementari da 20 nanometri che costituiscono i nanotubi fatti di ossido di litio-manganese. Così facendo possiamo impacchettare con un’elevata densità queste matrici, senza che la vicinanza delle particelle elementari determini l’incremento della resistenza elettrica e il conseguente rallentamento della corrente, generata dalla migrazione degli ioni di litio. Evitando inoltre la riduzione della capacità delle batterie”. Secondo i risultati ottenuti dagli esperimenti condotti in laboratorio, questa nuova tecnologia permetterebbe ad una batteria agli ioni di litio di essere ricaricata al 97% in 100 secondi (1 minuto e 40 secondi), mantenendo la capacità di sviluppare più del 63% della capacità iniziale dopo 2.000 cicli di carica/scarica della durata di 3 minuti e garantendo sempre la stessa potenza. Concludendo con le parole degli autori della scoperta, è come se “ogni singolo nanocristallo fosse collegato elettricamente e ionicamente in parallelo. Crediamo che questo sia il cammino da intraprendere per migliorare la capacità delle batterie al litio, la loro velocità di ricarica senza intaccarne la densità energetica”. Fino ad arrivare al giorno in cui, finalmente, potremo rifornire di elettricità un'automobile in 30 secondi e guidare senza emissioni, senza rumore e senza le limitazioni tecnologiche del presente.

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Tag: Tecnica , auto elettrica , interviste


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