Enorme passo avanti nelle batterie allo stato solido in ceramica

Enorme passo avanti nelle batterie allo stato solido in ceramica

Le batterie sono diventate rapidamente la spina dorsale di vari sviluppi tecnologici sin dalla loro nascita.

La tecnologia delle batterie è in costante evoluzione verso un'unità di riserva di energia più leggera, più veloce e più sicura, che è la direzione dello sviluppo dalle batterie al piombo agli ioni di litio e dagli ioni di litio alle batterie allo stato solido.

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    Sviluppo della tecnologia delle batterie allo stato solido

    Nel 2022, l'azienda taiwanese Gogoro ha presentato quella che si dice essere la prima batteria staccabile e sostituibile allo stato solido in litio-ceramica per veicoli a due ruote, quali bicicletta elettrica.

    Inoltre, un nuovo studio sfata l'ipotesi, sostenuta da tempo, che l'aggiunta di elettroliti liquidi per migliorare le prestazioni renda le batterie allo stato solido non sicure, scoprendo invece che le batterie allo stato solido sono più potenti e sicure della chimica tradizionale agli ioni di litio.

    Aston Martin e Britishvolt hanno firmato un accordo per sviluppare una nuova tecnologia di celle per batterie ad alte prestazioni.

    La prima batteria al mondo'staccabile e sostituibile allo stato solido in litio-ceramica

    Nel frattempo, le preoccupazioni del settore per la catena di fornitura dei veicoli elettrici continuano a crescere.

    Sebbene la tecnologia delle batterie allo stato solido sia ancora relativamente poco sperimentata, molte case automobilistiche tradizionali, tra cui Toyota e Volkswagen, hanno investito molto nei dispositivi di batteria allo stato solido.

    Nel frattempo, il produttore di scooter elettrici Gogoro ha presentato un prototipo di batteria a stato solido al litio-ceramica per la sostituzione delle batterie dei veicoli a due ruote.

    Il prototipo è stato sviluppato in collaborazione con ProLogium, un'azienda specializzata in batterie allo stato solido, che ha recentemente collaborato con il produttore tedesco di auto di lusso Mercedes-Benz per sviluppare una serie di autovetture alimentate da questo tipo di batterie.

    La batteria allo stato solido di Gogoro viene definita la prima al mondo nel suo genere, con una capacità stimata di 2,5 kWh, di gran lunga superiore alle attuali batterie sostitutive rimovibili che utilizzano la tecnologia agli ioni di litio e il liquido.

    La notizia del lancio di questo prototipo è particolarmente importante per il mercato cinese di Taiwan, poiché il servizio di sostituzione delle batterie di Gogoro alimenterà 95% di tutte le due ruote elettriche.

    Sviluppo della tecnologia delle batterie allo stato solido

    Il nuovo prototipo di Gogoro può essere integrato con la rete esistente di veicoli e batterie split-and-swap del produttore, che consiste in 10.000 stazioni di split-and-swap delle batterie in oltre 2.300 località che servono più di 450.000 ciclisti.

    Secondo il produttore, il numero di stazioni di split-and-swap delle batterie è quasi pari a quello delle pompe di benzina e si prevede che nel prossimo futuro supererà quest'ultimo.

    Uno studio condotto dai Sandia National Laboratories (SNL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha sfatato l'ipotesi, sostenuta da tempo, che l'aggiunta di un elettrolita liquido a una batteria allo stato solido la renda insicura.

    Invece, il team ha scoperto che in molti casi una piccola quantità di elettrolita liquido non influisce sulla sicurezza delle batterie allo stato solido e può, a sua volta, risolvere uno dei problemi principali di questa chimica - la fase intermedia solido-elettrolita - il che significa che l'aggiunta di un po' di elettrolita liquido può migliorare drasticamente le prestazioni pur essendo trascurabile, il che potrebbe contribuire a colmare il divario verso la commercializzazione nei settori dei veicoli elettrici e dello stoccaggio di energia.

    Spesso si sostiene che le batterie allo stato solido sono più sicure di quelle agli ioni di litio, e lo studio dell'SNL ha rilevato che ciò è vero nel caso in cui una fonte di calore esterna si guasti.

    Batterie allo stato solido vs. batterie agli ioni di litio

    Tuttavia, quando i ricercatori hanno esplorato i limiti superiori del rilascio di calore e dell'aumento di temperatura in diversi scenari di guasto a livello di batteria e configurazioni di batteria, hanno anche scoperto che le batterie allo stato solido con anodi di litio-metallo non sono necessariamente più sicure in scenari di guasto per cortocircuito o quando l'integrità dell'elettrolita solido è compromessa.

    Inoltre, nelle configurazioni che coinvolgono anodi di litio-metallo, hanno scoperto che le batterie allo stato solido hanno registrato aumenti di temperatura più elevati rispetto alle batterie agli ioni di litio, poiché le prime producevano la stessa quantità di calore in una massa e in un volume più piccoli.

    Oggi la tecnologia più matura per le batterie è quella delle batterie al piombo. Le più utilizzate sono le batterie agli ioni di litio, mentre il potenziale di sviluppo maggiore dovrebbe essere rappresentato dalle batterie allo stato solido.

    Le batterie allo stato solido sono la nuova generazione della tecnologia delle batterie

    Sebbene sia ancora in fase di ricerca e sviluppo, presenta i vantaggi che le prime due generazioni della tecnologia delle batterie sono incomparabili, o forse si può dire che le batterie allo stato solido sono la prossima generazione della tecnologia delle batterie.

    La comparsa di batterie agli ioni di litio per telefoni cellulari, macchine fotografiche, videocamere portatili e persino veicoli elettrici, come ad esempio batterie per biciclette elettriche e altri campi, d'ora in poi nell'era della nuova energia portatile, ma anche di cambiare completamente la nostra vita.

    Ma lo sviluppo della tecnologia non si fermerà, le batterie al litio sono infiammabili, facili al cortocircuito e altri rischi per la sicurezza saranno infine eliminati dalla nuova tecnologia.

    Vantaggi delle batterie allo stato solido

    A Eurobike 2023, Stromer presenterà la sua batteria ceramica allo stato solido per e-bike, la prima batteria allo stato solido nel settore ciclistico, che si dice riduca il tempo di ricarica a meno di 20 minuti.

    L'obiettivo finale di Stromer è quello di utilizzare questa tecnologia per creare pacchi batteria con un tempo di ricarica di soli 12 minuti, il che significa che ogni volta che si esce e si va in bagno, la bicicletta sarà mezza carica di energia.

    Ciò significa che ogni volta che si va in bagno, la bicicletta sarà già mezza carica, un salto tecnologico rispetto alle sette-otto ore che occorrono oggi per ricaricare una batteria.

    Vantaggi delle batterie allo stato solido

    Naturalmente, l'audacia di Stromer è dovuta anche ai vantaggi delle batterie allo stato solido.

    Le batterie allo stato solido non hanno un elettrolita liquido all'interno, ma utilizzano elettrodi allo stato solido e una composizione di elettrolita allo stato solido, con una densità di potenza inferiore, un'alta densità di energia, dimensioni ridotte, flessibilità e maggiori vantaggi in termini di sicurezza.

    Poiché le batterie allo stato solido non hanno elettroliti liquidi, evitano infiammabilità ed esplosività, volatilità e cortocircuiti causati da elettroliti, ecc.

    Anche se un ago dovesse perforare la membrana isolante dell'elettrolito, non si verificherà una combustione spontanea come nel caso delle batterie allo stato liquido.

    Il passaggio da elettroliti liquidi a solidi è importante perché elimina alcuni dei principali problemi riscontrati nelle batterie al litio più comunemente utilizzate, come l'elevata infiammabilità, il rischio di fuga termica e le perdite tossiche.

    Si tratta di un aggiornamento delle prestazioni a tutto tondo.

    Le batterie allo stato solido sono considerate la direzione futura della tecnologia delle batterie, con una maggiore sicurezza, dimensioni ridotte e velocità di ricarica più elevate, tanto che i principali produttori hanno investito molto denaro nella ricerca e nello sviluppo di tecnologie correlate alle batterie allo stato solido.

    Batteria ceramica allo stato solido di Stromer per biciclette elettriche

    Ad esempio, case automobilistiche come Toyota e BMW e aziende produttrici di batterie come Panasonic e Samsung hanno lavorato alla ricerca sulla tecnologia a stato solido per i veicoli elettrici e alcune aziende di veicoli elettrici l'hanno applicata formalmente alle loro auto, ma a causa dei costi elevati non si è ancora diffusa su larga scala.

    Anche l'introduzione delle batterie allo stato solido nella produzione di Stromer ha richiesto alcuni anni.

    La tecnologia è stata sviluppata con successo, ma è ancora necessario ridurre il costo per i consumatori di tutti i giorni entro una fascia accessibile.

    Attualmente, le batterie allo stato solido costano circa otto volte di più rispetto alle attuali batterie agli ioni di litio, quindi non aspettatevi di vedere le batterie allo stato solido in uso fino a quando i prezzi delle batterie non scenderanno ulteriormente, cosa che Stromer prevede avverrà nei prossimi due o tre anni.

    Nel frattempo, le batterie allo stato solido di Stromer hanno l'ulteriore vantaggio di essere stabili a temperature estreme: Stromer sostiene che possono essere ricaricate a soli -20 gradi Celsius, una cifra che potrebbe raggiungere i -30 gradi Celsius in futuro.

    Batterie allo stato solido Stromer'- stabili a temperature estreme

    Vantaggi quali una maggiore sicurezza, dimensioni più ridotte, costi più bassi e una migliore densità di energia hanno reso le batterie allo stato solido l'obiettivo di un'intensa attività di ricerca e sviluppo da parte dei produttori di batterie e delle aziende automobilistiche di tutto il mondo e hanno fatto delle batterie allo stato solido la nuova bandiera del mercato.

    Immaginate che la vostra e-bike sia dotata di questo tipo di batterie, Sicurezza delle batterie delle e-bike questioni sarà una maggiore protezione?

    Sebbene le batterie allo stato solido presentino molti vantaggi, le prospettive di mercato sono molto buone, ma a causa di vari problemi, come la tecnologia e i processi delle batterie allo stato solido, manca ancora un po' di tempo prima della commercializzazione su larga scala.

    Immagine di Chocolatezhu
    Cioccolato
    Salve, sono uno scrittore esperto di meccanica e un esperto di tecnologia per biciclette ed e-bike che apprezza le cose pratiche e ben progettate. E, naturalmente, amo andare in bicicletta.
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