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Ultracondensatori per aumentare l'autonomia delle auto elettriche
Una startup chiamata Nanotuno afferma che la sua tecnologia a ultracondensatori potrebbe rendere le auto elettriche più economiche ed estenderne l'autonomia. L'azienda, con sede a Mountain View, California, ha sviluppato un modo per realizzare elettrodi che si traduce in ultracondensatori con una capacità di archiviazione da cinque a sette volte superiore a quella di quelli convenzionali.
Spugna energetica: Una micrografia mostra la struttura porosa di un nuovo materiale per elettrodi che aiuta ad aumentare la capacità di stoccaggio degli ultracondensatori.
Gli ultracondensatori convenzionali, che hanno il vantaggio di fornire rapide raffiche di energia e possono essere ricaricati centinaia di migliaia di volte senza perdere molta capacità, sono troppo costosi e immagazzinano poca energia per sostituire le batterie.
Nanotune, tuttavia, che ha raccolto 3 milioni di dollari dalla società di venture capital Draper Fisher Jurvetson, afferma che i suoi ultracondensatori sono vicini a competere con le batterie in termini di accumulo di energia e potrebbero presto superarli. Utilizzando un elettrolita convenzionale, l'azienda ha dimostrato un accumulo di energia di 20 wattora per chilogrammo, rispetto a circa cinque wattora per un ultracondensatore convenzionale. Utilizzando un elettrolita liquido ionico più costoso, ha realizzato ultracondensatori che immagazzinano 35 wattora per chilogrammo. Entro la fine dell'anno, l'azienda spera di raddoppiare all'incirca questa capacità di stoccaggio, afferma il CEO di Nanotune Kuan-Tsae Huang. A 40 wattora per chilogrammo, gli ultracondensatori rappresenterebbero un miglioramento rispetto alle batterie utilizzate in alcuni veicoli ibridi.
Negli ultimi mesi, diverse startup hanno annunciato di utilizzare la nanotecnologia per realizzare ultracondensatori migliori. Ognuno spera di aiutare a risolvere uno dei più grandi problemi con le auto elettriche oggi: l'alto costo delle batterie e la capacità di stoccaggio limitata. Nissan, ad esempio, per rendere accessibile la sua Leaf elettrica, ha dovuto limitare le dimensioni del pacco batterie, ottenendo un'autonomia di appena 73 miglia.
Parte del motivo per cui i sistemi di batterie sono così costosi e ingombranti è che le batterie si degradano quando vengono utilizzate, specialmente se esposte a temperature estreme, quindi le case automobilistiche spesso le aumentano con sistemi di raffreddamento e riscaldamento e aggiungono celle di batteria extra per compensare le perdite di prestazioni col tempo. Gli ultracondensatori potrebbero aggirare questo problema, perché possono essere ricaricati senza degradarsi e possono funzionare bene in un'ampia gamma di temperature.
Alla fine, dice Huang, potrebbe essere possibile realizzare ultracondensatori che immagazzinano 500 wattora per chilogrammo, circa tre o quattro volte di più rispetto alle batterie agli ioni di litio utilizzate oggi nelle auto. Il vantaggio pratico potrebbe essere ancora maggiore. Le auto sono spesso progettate per utilizzare solo metà della capacità di stoccaggio delle loro batterie, per evitare che si degradino. Ma è possibile utilizzare quasi tutta la capacità di archiviazione di un ultracondensatore.
La tecnologia di Nanotune è molto costosa ora, tra $ 2.400 e $ 6.000 per chilowattora. (Il Dipartimento dell'Energia ha proposto un obiettivo di $ 250 per chilowattora per rendere competitivi i veicoli elettrici con quelli convenzionali.) Nanotune afferma, tuttavia, che i suoi costi potrebbero scendere a meno di $ 150 per chilowattora se i prezzi di alcune chiavi i materiali, come gli elettroliti, continuano a diminuire e la produzione aumenta.
Le proiezioni sull'accumulo di energia dell'azienda si basano su diversi progressi su cui sta lavorando. Nanotune sta attualmente producendo elettrodi con pori di circa 4-5 nanometri di diametro, ma dice che può renderli più piccoli (l'elevata porosità porta a un'elevata superficie, che rende possibile immagazzinare una grande quantità di carica) e regolarli in modo che corrispondano le esigenze dei diversi elettroliti: i materiali conduttori di ioni in cui sono immersi gli elettrodi.
L'azienda sta inoltre valutando l'utilizzo di liquidi ionici anziché di elettroliti organici convenzionali. Questi aumentano la tensione del sistema, aumentando notevolmente l'accumulo di energia, ma in genere non sono compatibili con gli elettrodi a ultracondensatore convenzionali. Infine, l'azienda spera di avvalersi delle recenti scoperte accademiche che suggeriscono che l'aggiunta di piccole quantità di rutenio agli ultracondensatori può aumentare l'accumulo di energia.
Nanotune non è la prima azienda a sostenere di poter realizzare ultracondensatori con un accumulo di energia molto elevato. Altri hanno trovato difficile mantenere questa promessa. L'aumento della superficie può migliorare la capacità di immagazzinamento solo di tanto in tanto, poiché ad un certo punto l'immagazzinamento è limitato dagli ioni nell'elettrolita. I liquidi ionici aiutano in questo, ma hanno notevoli carenze, dice Joel schindall , professore di ingegneria elettrica e informatica al MIT. (Una società chiamata Sistemi FastCap , che sta sviluppando ultracondensatori utilizzando nanotubi di carbonio, è stato estratto dal suo laboratorio.) Sono molto costosi, per prima cosa, e alcuni funzionano bene solo in un intervallo di temperatura limitato, rendendoli poco pratici per le auto.
Schindall afferma, tuttavia, che Nanotune può non raggiungere i suoi obiettivi energetici molto elevati e migliorare ancora la competitività dei veicoli elettrici e ibridi. Data la durata degli ultracondensatori, anche ottenere uno stoccaggio di energia di 100 wattora per chilogrammo, vicino a quello delle batterie agli ioni di litio, sarebbe fantastico.