Mentre il mercato dei veicoli elettrici continua a guadagnare slancio, alcuni acquirenti di auto nutrono ancora preoccupazioni sull'autonomia e sulla sicurezza delle batterie agli ioni di litio. Per affrontare queste valide preoccupazioni, vengono spesi molto tempo e denaro per sviluppare nuove tecnologie di batterie.
Negli ultimi anni, le aziende hanno investito in una vecchia ma migliorata batteria basata su alluminio e aria, che ha il potenziale per far progredire significativamente il settore dei veicoli elettrici. La batteria in alluminio-aria (Al-aria) sembra essere un punto di svolta per la batteria dei veicoli elettrici, ma è tutto clamore?
Cos'è una batteria alluminio-aria?
I veicoli elettrici svolgono un ruolo fondamentale nel raggiungimento di un futuro a zero emissioni. Tuttavia, ansia da intervallo e le questioni di sicurezza sulle batterie agli ioni di litio sono ostacoli che impediscono la crescita del mercato dei veicoli elettrici. Le batterie agli ioni di litio hanno guidato la rivoluzione dei veicoli elettrici, ma è ancora limitata a un'autonomia di 400 miglia, il che può creare problemi durante i lunghi viaggi su strada.
La seccatura di trovare una stazione di ricarica in aree remote e aspettare che il tuo veicolo elettrico sia carico può scoraggiare i potenziali acquirenti. Anche altri problemi percepiti della batteria al litio, come il degrado della batteria, le perdite e il sovraccarico, non aiutano molto il suo caso. Con tutte le altre tecnologie delle batterie disponibili, le batterie Al-air stanno ricevendo così tanta attenzione perché non devono essere ricaricate.
Il concetto di queste batterie risale agli anni '60. Ma poiché il suo elettrolita era pericolosamente caustico e velenoso, non poteva essere usato commercialmente. Trevor Jackson, un ufficiale di ingegneria della Royal Navy del Regno Unito, ha iniziato a sperimentare la batteria nel 2001, rendendola sicura da usare. Le batterie Al-air sono costituite da una piastra in lega di alluminio come anodo, un catodo ad aria, un elettrolita non tossico come l'acqua e un catalizzatore d'argento.
Come funziona una batteria alluminio-aria?
Le batterie EV tradizionali hanno due elettrodi, un catodo e un anodo fatti di materiali diversi, con un elettrolita tra di loro. Quando la batteria viene utilizzata, gli ioni fluiscono dall'anodo attraverso l'elettrolita al catodo. Durante la carica, gli ioni fluiscono in direzione opposta verso l'anodo.
Le batterie Al-air funzionano in modo simile a una cella a combustibile. Utilizza alluminio all'anodo e ossigeno al catodo. Il risultato è una densità di energia molto più alta. Circa da otto a nove volte maggiore rispetto alle attuali batterie agli ioni di litio utilizzate nei veicoli elettrici, un sostanziale aumento di potenza. La densità energetica misura la quantità di energia che una batteria può immagazzinare per unità di massa. La densità di potenza misura quanta energia istantanea può fornire per unità di massa.
L'anodo rilascia elettroni mentre l'alluminio si ossida, mentre il catodo riduce l'ossigeno per rilasciare elettroni, generando così energia elettrica. Un carico può essere alimentato dalla corrente elettrica generata dagli elettroni che si muovono attraverso un circuito esterno. Il risultato finale è una polvere bianca che si forma sull'anodo.
Vantaggi e svantaggi delle batterie alluminio-aria
L'alluminio è la terza risorsa naturale più comunemente trovata nella crosta terrestre ed è il metallo più abbondante sulla terra, quindi probabilmente non ne rimarremo mai senza. Grazie alla sua morbidezza, l'alluminio è facile da lavorare ed è stabile, a differenza del litio. Inoltre, non è tossico. Di seguito sono riportati altri vantaggi delle batterie Al-air rispetto alle batterie agli ioni di litio:
- Più economico da realizzare
- Stabilità
- Minore impronta di carbonio in termini di estrazione e raffinazione
- Immagazzina molta più energia
- Più leggero della maggior parte delle altre batterie grazie alla batteria in alluminio e aria
- Altamente riciclabile
Nonostante i suoi vantaggi, ci sono alcuni aspetti negativi di questa batteria. Innanzitutto, ha lo svantaggio di essere una batteria primaria. In sostanza, non può essere ricaricato una volta che la batteria è scarica o scarica. Inoltre, l'aria all'interno della batteria corrode l'anodo di alluminio. Pertanto, la piastra di alluminio nella batteria deve essere sostituita, il che può essere costoso. Inoltre, i costi di produzione della batteria possono essere influenzati dal prezzo fluttuante dell'argento contenuto nella batteria.
Problemi con le batterie agli ioni di litio
Gli scienziati hanno sviluppato batterie migliori a causa degli svantaggi delle batterie agli ioni di litio che dominano il mercato dei veicoli elettrici. Il litio, il nichel e il cobalto utilizzati nelle batterie agli ioni di litio sono metalli delle terre rare che si trovano solo in alcune parti del mondo. Attualmente, i veicoli elettrici rappresentano il 6% dei veicoli su strada e l'estrazione di questi metalli è ben avviata; immagina quando i numeri di EV salgono al 50% o all'80%. Altri svantaggi delle batterie agli ioni di litio includono quanto segue:
- Costoso da produrre, anche se i prezzi sono scesi
- Instabilità del litio
- Stress sulla rete nazionale
- Reti di ricarica costose e sofisticate
- Effetti ambientali associati all'estrazione e alla raffinazione, sebbene vengano riciclate più batterie al litio
Sostituzione della batteria rispetto alla ricarica
Ci sono fattori da tenere a mente quando si considera sostituzione della batteria rispetto alla ricarica. Per ottenere la stessa autonomia per carica, sarebbe necessario un pacco batteria 1/8 delle dimensioni di una batteria agli ioni di litio. Grazie al minor peso delle batterie Al-air, i veicoli elettrici saranno in grado di viaggiare più a lungo, aumentando l'efficienza complessiva.
Sarà anche più facile e conveniente imballare la batteria in una posizione all'interno del veicolo elettrico facilmente accessibile in modo che possa essere facilmente sostituita quando necessario. Alcune aziende hanno stimato un tempo di sostituzione della batteria dei veicoli elettrici alluminio-aria di soli tre minuti, riportando rapidamente i proprietari di veicoli elettrici sulla strada.
Secondo le stime, le batterie Al-air durano circa 5.400 miglia. La domanda è: perché qualcuno dovrebbe seguire questa strada invece di ricaricare? Con un veicolo elettrico alimentato da Al-air, puoi andare molto più lontano senza trovare una stazione di ricarica. Un altro motivo è che la sostituzione della batteria Al-air esaurita con una riciclata è molto più economica della costo di sostituzione di una batteria Tesla. Poiché l'unica parte sostituibile sono le piastre in alluminio, che possono essere riciclate al 100%, paghi per le miglia che percorri.
Le batterie alluminio-aria sono il futuro?
È possibile utilizzare batterie Al-air nei veicoli elettrici di oggi. Queste batterie probabilmente aumenteranno in popolarità man mano che le stazioni di scambio di batterie diventeranno più diffuse. Fino ad allora potrebbero essere utilizzati anche per ampliare l'autonomia dei veicoli elettrici con batteria agli ioni di litio, risolvendo il problema di dover ricaricare quando non si è in grado di farlo.
Alla fine, gli acquirenti di veicoli elettrici avranno la possibilità di sostituire le batterie o ricaricare i propri veicoli, creando in definitiva un mercato dei veicoli elettrici più versatile a vantaggio di tutti. Di conseguenza, la transizione verso un mondo completamente basato sui veicoli elettrici continuerà ad accelerare.