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Changing the electric-vehicle paradigm with green, long-lasting and fast recharge liquid batteries

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La batteria a liquido consente una ricarica rapida e raddoppia la portata dei veicoli elettrici

Nonostante i ben documentati vantaggi dei veicoli elettrici, questi non sono realmente decollati, in parte a causa delle limitazioni delle batterie a stato solido che hanno ripercussioni negative sui tempi e sull’autonomia. Il progetto NESSOX ha creato una nuova e radicale batteria di flusso che potrebbe contribuire a far cambiare le cose.

Trasporti e Mobilità

Le normative nazionali e internazionali per ridurre le emissioni di gas a effetto serra (GHG, ovvero Greenhouse Gases), insieme alle crescenti preoccupazioni dei consumatori per i prodotti non sostenibili, stanno spingendo alla sostituzione dei veicoli a combustibili fossili altamente inquinanti con alternative elettriche. L’ambizione dell’UE è di decarbonizzare il settore dei trasporti entro il 2050. Nonostante questa direzione di marcia, la diffusione delle auto elettriche è rimasta bassa e rappresenta poco più del 2 % delle vendite di veicoli nel 2018. I potenziali clienti sono spesso scoraggiati dalle limitazioni della batteria che richiedono solitamente lunghi tempi di ricarica (in media 4 ore) con una bassa densità di energia che riduce l’autonomia fino a un massimo di 300 km. Le batterie a stato solido prelevano anche dalla rete mentre contemporaneamente si caricano. BETTERY, l’azienda che ha sostenuto il progetto Nessox, ha migliorato le specifiche tecniche e convalidato le prestazioni di un prototipo di una nuova classe brevettata di batterie al litio/ossigeno liquido. La nuova batteria semisolida a flusso di Li/O2 (NESSOX acronimo di NEw Semi-Solid flow lithium OXygen) può essere ricaricata in pochi minuti (senza impatto significativo sulla rete), offrendo al contempo un’autonomia doppia rispetto a quella precedentemente possibile. Nell’ambito del progetto, il team è stato anche in grado di valutare la commerciabilità di questa nuova batteria.

La nuovissima batteria al litio/ossigeno a flusso

NESSOX è una batteria liquida semisolida. Il liquido funziona come elettrodo fluido che agisce contemporaneamente come elettrolita e come catolita che trasporta O2. Le convenzionali celle Li/O2 sono solide, con catodi capaci di «respirare» aria; l’O2 raggiunge il nucleo cellulare dall’esterno come gas. L’inconveniente in questo caso è la bassa velocità di trasporto. In una NESSOX, l’O2 è nel fluido che circola nella cella e quindi viene trasportato più rapidamente nel nucleo della cella. «NESSOX si differenzia dalle altre batterie al litio/ossigeno in quanto combina la leggerezza e le elevate prestazioni di questa tecnologia con la modularità delle batterie a flusso», afferma Francesca Soavi, coordinatrice del progetto. «E l’utilizzo di un catolita semi-solido proprietario, basato su nanoparticelle di carbonio, assicura flessibilità, rendimento elevato e capacità di scarico a densità mai registrate prima d’ora». NESSOX è pienamente compatibile con l’infrastruttura di ricarica attuale e include una caratteristica di rilievo rivoluzionaria: la possibilità di caricare senza dover collegare fisicamente i veicoli alla rete. Questo è possibile in quanto gli elettrodi a flusso esausti vengono semplicemente sostituiti con quelli già ricaricati da fonti rinnovabili. Nel corso del progetto, BETTERY ha effettuato prove sperimentali sul nuovo prototipo NESSOX raggiungendo una densità di corrente di 2,0 mA/cm2, una potenza nominale di 100 mW e una superficie delle celle di 24 cm2. Il team stima che il costo della batteria NESSOX sarà inferiore di almeno il 30 % rispetto alle batterie agli ioni di litio ad elettrodi solidi. «Il nostro lavoro dimostra la più elevata energia specifica e prevenzione dei rischi, al minor costo e tempi di ricarica mai registrati nella letteratura scientifica», afferma Soavi.

Senza metalli pesanti, altamente scalabile ed eco-compatibile

Evitando l’uso di materiali rari, NESSOX aiuterà l’Europa a rimanere competitiva nel settore globale dell’energia innovativa e pulita. La batteria sta già ottenendo riconoscimenti. BETTERY ha vinto la Battery Challenge all’interno del Raw Material Summit per l’anno 2019 dell’Istituto Europeo di Innovazione e Tecnologia. «Secondo la tabella di marcia dell’UE, le batterie Li/O2 saranno commercializzate a partire dal 2030. Ma una volta che gli investimenti saranno stati effettuati, saremo pronti a trasformare questa promettente e dirompente tecnologia in un prototipo pre-industriale da verificare in ambienti reali», afferma Soavi. BETTERY si rivolge ai produttori di e-bike ed e-scooter e dell’interesse è stato già espresso da produttori italiani e francesi, ma anche da paesi extraeuropei lontani come il Giappone. Prossimamente, il team esaminerà le più ampie applicazioni di mobilità elettrica come i droni, prima di passare a e-ship, e-bus, e-trains e impianti di energia rinnovabile (fotovoltaico ed eolico) dove la batteria NESSOX può essere integrata come sistema di accumulo di energia.

Parole chiave

NESSOX, batteria liquida, batteria a stato solido, ricarica, veicolo elettrico, auto elettriche, trasporto, emissioni, ioni di litio, Li/O2, litio/ossigeno, elettrolita, catolita

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