Auto elettriche: un cambiamento epocale all’orizzonte?

Una potenziale nuova chimica della batteria chiamata ioni di sodio è emersa come una tecnologia di elettrodi che può fornire la stessa densità di energia delle odierne batterie agli ioni di litio per auto elettriche, ma senza le credenziali ambientali traballanti, dubbi sulla disponibilità a lungo termine e costi elevati.

La tecnologia è oggetto di ricerca presso la Chalmers University of Technology di Göteborg e utilizza un nuovo tipo di grafene per immagazzinare uno degli ioni metallici più abbondanti e a basso costo al mondo, il sodio. Come ingrediente principale dell’acqua di mare e della roba che cospargiamo sul nostro fish and chips, ad esempio, il sodio non è costoso e potrebbe ridurre la necessità di materie prime rare.

Molto prima che le batterie agli ioni di litio diventassero una cosa e anche prima che diventassero sostenibili da remoto come batterie per veicoli elettrici, la ricerca era in corso per un’alternativa alla tecnologia al piombo che era in uso dal 19° secolo. Il piombo acido è limitato da una densità energetica relativamente bassa, che ne esclude l’uso come una moderna batteria per veicoli elettrici, e alla fine degli anni ’70 era stato in gran parte abbandonato dai produttori, che iniziarono a cercare tecnologie per batterie ad alta energia.

Uno di questi era lo zolfo di sodio, testato dalla BMW alla fine degli anni ’80. Le batterie, sviluppate da Asea Brown Boveri, sono state sperimentate nella BMW Serie 3 e alla fine hanno raggiunto una capacità di 22kWh. Incoraggiata dal suo potenziale, BMW ha quindi sviluppato la E1 leggera e con corpo in plastica e la sua batteria da 200 kg gli ha dato un’autonomia di 200 miglia. Nel 1993, la BMW passò a una batteria “Zebra” al sodio-cloruro di nichel per la E2, poi ancora una batteria al nichel-cadmio montata di nuovo su una Serie 3, e infine il progetto Mini E che utilizzava una batteria agli ioni di litio da 35 kWh.

Come le celle agli ioni di litio, gli anodi delle batterie agli ioni di sodio sono a base di grafite. In entrambi i tipi di batterie, gli ioni sono intercalati con la grafite, il che significa che sono inseriti nella sua struttura costituita da strati sovrapposti di grafene. Gli ioni di sodio sono più grandi degli ioni di litio e non possono essere immagazzinati in modo altrettanto efficiente nella struttura della grafite. Di conseguenza, finora le batterie agli ioni di sodio non sono state in grado di eguagliare la capacità 10 volte superiore delle loro controparti agli ioni di litio.

Per risolvere questo problema, gli scienziati hanno aggiunto un distanziatore molecolare su un lato di ogni strato di grafene per creare più spazio tra di loro. Lo spazio extra consente agli ioni di sodio di entrare e uscire più facilmente dalla struttura della grafite e questo a sua volta produce una capacità della batteria molto più elevata. Gli strati di grafene sono solitamente chimicamente gli stessi su entrambi i lati, quindi gli scienziati hanno chiamato questa versione “Janus”, dopo il dio romano bifronte dei nuovi inizi.

La ricerca è ancora nelle fasi iniziali e lungi dal diventare una realtà nelle applicazioni industriali, ma la tecnologia si sta dimostrando completamente reversibile (che è la capacità fondamentale di una batteria di caricarsi e scaricarsi completamente) e sta anche mostrando un’elevata stabilità di ciclo, quindi può essere caricate e scaricate centinaia di volte senza perdere prestazioni.

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