Batterie strutturali: dalla fibra di carbonio l’accumulo “senza massa”
Far coincidere un materiale strutturale con l’accumulo di energia costituisce un ambito di studio di grande rilevanza, soprattutto nei sistemi di mobilità. In questo specifico ambito i ricercatori della Chalmers University of Technology hanno prodotto una batteria strutturale che offre prestazioni di ben 10 volte superiori rispetto a tutte le versioni precedenti, con la fibra di carbonio che svolge contemporaneamente il ruolo di elettrodo, conduttore e materiale portante strutturale. (Fonte foto copertina: Chalmers University of Technology)
Come noto, le batterie ricaricabili al litio, che costituiscono oggi la tecnologia di avanguardia nella mobilità elettrica, sono però fattori limitanti costituendo una buona parte del peso e del prezzo dei veicoli elettrici, senza svolgere alcuna funzione portante. Una batteria strutturale, capace di essere parte integrante della carrozzeria, potrebbe davvero determinare una grande svolta nella emobility. In questo specifico settore sta lavorando un team di scienziati svedesi della Chalmers University of Technology di Goteborg.
Una linea di ricerca su queste nuove batterie che va avanti da molti anni presso l’ateneo svedese, focalizzandosi sulle proprietà di alcune fibre di carbonio, un materiale capace di offrire rigidità e resistenza oltre ad una buona capacità di immagazzinare chimicamente l’energia elettrica. Il lavoro in questo ambito ha conseguito anche la nomination da parte del Physics World come una delle dieci più grandi scoperte scientifiche del 2018.
Il primo tentativo di realizzazione di una batteria strutturale risale addirittura al 2007, ma fino ad oggi l’accumulo senza massa aveva sempre palesato vistose carenze di tipo elettrico o meccanico. I ricercatori di Chalmers, in collaborazione con il KTH Royal Institute of Technology di Stoccolma, sono riusciti a conseguire un grande passo avanti, mettendo a punto un nuovo dispositivo dotato di proprietà superiori a qualsiasi altra realizzazione similare, in termini di energia stoccata, rigidità e resistenza. Nello specifico, le prestazioni multifunzionali raggiunte sono dieci volte superiori rispetto ai precedenti prototipi.
La nuova batteria strutturale dispone di una densità di energia di 24 Wh/kg, pari al 20% di capacità rispetto alle batterie a ioni di litio attualmente disponibili, che però essendo integrabile nella struttura, permette di ridurre drasticamente il peso dei veicoli. In altri termini servirà così meno energia per la guida di un’auto elettrica, con la minore densità che si tradurrà in una maggiore sicurezza. Infatti con una rigidità di 25 GPa, il dispositivo è in grado davvero di competere con molti altri materiali da costruzione normalmente utilizzati nel settore.
Il responsabile del progetto Leif Asp spiega che “I precedenti tentativi di realizzare batterie strutturali hanno portato a celle con buone proprietà meccaniche o buone proprietà elettriche. Ma qui, utilizzando la fibra di carbonio, siamo riusciti a progettare ad ottenere una capacità di accumulo competitiva assieme alla rigidità”.
Nel dettaglio, l’unità strutturale messa a punto, dispone di un elettrodo negativo in fibra di carbonio e uno positivo costituito da un foglio di alluminio rivestito di fosfato di ferro e litio, separati da un tessuto in fibra di vetro, in una matrice elettrolitica. Lo step successivo prevede la del foglio di alluminio con un’altra fibra di carbonio e il separatore in fibra di vetro con una variante ultrasottile. Il team di progetto stima che le modifiche potrebbero conseguire un incremento della densità di energia a 75 Wh/kg e una rigidità di 75 GPa. L’upgrade di progetto dovrebbe essere ultimato entro due anni.
La Redazione di Ecquologia
