Una batteria con elettrodi liquidi può essere ricaricata o ricaricata

Un nuovo tipo di batteria immagazzina energia in quello che i ricercatori chiamano carburante ricaricabile: elettrodi in forma liquida. Il risultato può essere ricaricato come una batteria convenzionale o sostituito pompando nuovo carburante come la benzina.

Tester della batteria : La chimica dell'Argonne National Laboratory Elena Timofeeva organizza un esperimento per testare un elettrodo liquido (visto all'interno della sacca per flebo).

I materiali potrebbero teoricamente consentire a un'auto elettrica di percorrere 500 miglia con una carica, cinque volte più lontano della maggior parte dei veicoli elettrici, affermano i ricercatori che stanno sviluppando la tecnologia, che hanno sede presso l'Argonne National Laboratory e l'Illinois Institute of Technology. Sostituirli in una stazione di rifornimento richiederebbe solo pochi minuti. Al contrario, anche le stazioni di ricarica più veloci per le batterie convenzionali impiegano un'ora per fornire una carica completa.

Autonomia limitata e lunghi tempi di ricarica sono due delle maggiori sfide per le auto elettriche. Gli elettrodi per batterie liquide potrebbero consentire una maggiore autonomia aumentando la quantità di energia che i pacchi batteria possono immagazzinare e, poiché sarebbero necessari meno componenti che non immagazzinano energia, potrebbero anche renderli più economici.

Le batterie che utilizzano elettrodi liquidi potrebbero anche essere più sicure di quelle convenzionali, afferma Ping Liu, program manager presso l'Advanced Research Projects Agency for Energy, che sta finanziando il lavoro. I materiali degli elettrodi positivi e negativi verrebbero immagazzinati in serbatoi separati, piuttosto che all'interno della stessa cella della batteria come nelle batterie convenzionali. Ciò potrebbe prevenire i cortocircuiti e il surriscaldamento che possono causare l'incendio delle batterie agli ioni di litio.

I combustibili ricaricabili sono in una fase iniziale, ma ARPA-E li ha ritenuti promettenti, annunciando finanziamenti per quattro gruppi che stanno sviluppando la tecnologia. Oltre al progetto dell'Illinois, sostiene progetti presso GE, il National Renewable Energy Laboratory e 24M, uno spin-off del MIT.

I ricercatori dell'Illinois hanno finora dimostrato una piccola batteria a mezza cella che utilizza un elettrodo fluido e uno solido. Per il loro progetto da 3,4 milioni di dollari ARPA-E, iniziato il mese scorso, hanno in programma di costruire un prototipo che utilizza liquidi sia per gli elettrodi positivi che per quelli negativi. Questa batteria dovrebbe immagazzinare un kilowattora di energia, sufficiente per pochi chilometri di guida.

Nelle batterie convenzionali per auto elettriche, fino al 75% del materiale all'interno di un pacco batteria è costituito da componenti che non immagazzinano energia: imballaggi delle celle, sensori, connessioni elettriche, sistemi di raffreddamento e così via. Con l'accumulo di energia fluida, almeno in teoria, gran parte di quel materiale può essere eliminato, diminuendo le dimensioni e il costo dei pacchi batteria.

La chiave è separare i materiali che immagazzinano energia dalle strutture utilizzate per estrarre quell'energia e creare corrente elettrica. In una batteria convenzionale, ogni strato di materiale dell'elettrodo è accoppiato con un foglio di pellicola e una membrana di plastica che consentono agli elettroni e agli ioni di fluire, creando corrente elettrica. Se vuoi immagazzinare più energia, devi aggiungere anche più strati di pellicola e plastica.

Nella nuova batteria, gli elettrodi fluidi verrebbero immagazzinati in serbatoi e pompati attraverso un dispositivo relativamente piccolo per interagire e generare elettricità. Aumentare lo stoccaggio di energia sarebbe solo una questione di rendere i serbatoi di stoccaggio più grandi; il dispositivo in cui viene generata l'elettricità potrebbe rimanere delle stesse dimensioni. Più grandi sono i serbatoi, minore sarà il volume totale che occuperebbe il dispositivo di generazione di energia.

Gli elettrodi fluidi sono in circolazione da un po', ad esempio come parte di dispositivi chiamati batterie di flusso, ma in genere immagazzinano energia in una soluzione diluita che richiede troppo volume per essere utilizzata in un'auto. Alcune batterie hanno elettrodi fusi che sono più adatti per applicazioni stazionarie (vedi Better Battery di Ambri). Ciascuno dei progetti ARPA-E mira a trovare modi per aumentare la densità energetica dei liquidi di un ordine di grandezza. Lo spinoff del MIT 24M è un pioniere in questo settore, avendo dimostrato che è possibile sospendere alte concentrazioni di polveri di elettrodi convenzionali ad alta densità energetica in un liquido ed estrarre energia da esse (vedi Una batteria per auto a metà prezzo). La sfida principale è ottenere una conduttività elettrica sufficientemente elevata per una batteria pratica.

I ricercatori dell'Illinois hanno un approccio simile. Sottolineano l'uso di polveri su scala nanometrica che possono essere sospese in concentrazioni molto elevate e continuano a fluire facilmente, grazie alle proprietà peculiari delle particelle su così piccola scala. Hanno anche sviluppato un nuovo modo per estrarre la corrente elettrica dalle particelle e sperano che ciò consentirà loro di aumentare la conduttività. I dettagli sono segreti finché non finiscono di depositare i brevetti.

Le batterie a elettrodi liquidi presentano alcuni potenziali inconvenienti. Le nanoparticelle possono degradarsi rapidamente e i ricercatori hanno appena iniziato a progettare l'intero sistema. Devono progettare un modo per pompare i materiali in modo efficiente e produrre la batteria a basso costo. E ricaricare le auto riempiendo i serbatoi con nuovo materiale richiederebbe l'installazione di nuove infrastrutture, che possono essere costose.

Nel frattempo, le batterie convenzionali continuano a diventare più economiche e la tecnologia migliorata le rende più veloci da ricaricare (vedi Come Tesla sta guidando l'innovazione delle auto elettriche e Dimentica lo scambio di batterie: Tesla mira a ricaricare le auto elettriche in cinque minuti).

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