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    Il riposo ripristina le prestazioni delle celle Litio-Metallo

    La maggior parte delle celle delle batterie dei moderni veicoli elettrici utilizza una chimica NCA (nichel-cobalto-alluminio) o NMC (nichel-manganese-cobalto) perché garantisce un’elevata densità e una lunga durata. Le celle agli ioni di LFP (litio-ferri-fosfato) possono offrire un’alternativa attenta al prezzo per i veicoli elettrici economici, scambiando la densità energetica con un ciclo di vita più lungo. Tuttavia, le celle a base di litio-metallo (lithium-metal) che utilizzano il litio metallico come anodo, potrebbero sostituire gli attuali tipi di celle nei futuri veicoli elettrici.

    Il riposo ripristina le prestazioni delle celle litio-metallo | elettronauti. It
    Adattare la tecnologia del litio-metallo per renderla migliore del litio-ione | Elettronauti.it

    Una cella convenzionale agli ioni di litio è costituita da due elettrodi; un anodo di grafite e un catodo di ossido di litio metallico. Questi due elementi sono separati da un elettrolita liquido o solido che trasporta gli ioni di litio tra di loro. Sostituendo l’anodo di grafite con litio metallico galvanizzato, si consente alla cella di immagazzinare il doppio dell’energia di una analoga agli ioni di litio. L’anodo di litio-metallo pesa anche meno dell’anodo di grafite. Le celle al litio metallico possono contenere almeno un terzo di energia in più per kg rispetto alle batterie agli ioni di litio.

    Il punto debole

    Nel campo degli accumulatori, è noto che le celle al litio-metallo perdono rapidamente la capacità di immagazzinare energia, ciò accade dopo solo pochi cicli di carica e scarica, rendendoli inadatti al settore della trazione e vengono utilizzati in genere per piccoli elettrodomestici o batterie tamponi .

    Quando una batteria al litio-metallo è scarica, pezzi di litio metallico delle dimensioni di un micron vengono isolati e intrappolati nel punto in cui si incontrano l’anodo e l’elettrolita. La matrice SEI è essenzialmente un elettrolita scomposto, circonda pezzi isolati di litio metallico rimossi dall’anodo e impedisce loro di partecipare alle reazioni elettrochimiche. Per questo motivo consideriamo il litio isolato: morto. Le operazioni di carica e scarica ripetute provocano l’accumulo di ulteriore litio morto, con conseguente rapida perdita di capacità della batteria. Pertanto, un veicolo elettrico dotato di batteria al litio-metallo perderebbe la sua autonomia molto più rapidamente di un veicolo elettrico alimentato agli ioni di litio.

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    Piccoli pezzi di litio morto si depositano sulle aperture quadrate della rete | elettronauti It

    Una nuova scoperta potrebbe ribaltare la situazione

    I ricercatori dell’Università di Stanford hanno scoperto il modo più efficace per prolungare la durata della cella al litio-metallo. Uno studio pubblicato il 7 febbraio 2024 sulla rivista Nature e intitolato: “Il riposo ripristina le prestazioni delle celle al litio-metallo scariche”, rileva che se si lascia completamente scaricare una cella al litio metallo, dopo alcune ore di riposo, si riesce non solo a ripristinarne la capacità ma migliorano anche le prestazioni.

    La soluzione per allungare la vita ai pacchi batteria Litio-Metallo

    Wenbo Zhang, coautore dello studio nel campo dell’ingegneria dei materiali, spiega che:

    "Stavamo cercando il modo più semplice, economico e veloce per migliorare la durata delle batterie al litio-metallo."
    Wenbo Zhang, coautore dello studio

    Il team ha scoperto che lasciando la batteria scarica, è possibile recuperare la capacità perduta e aumentare la durata del ciclo. I ricercatori ritengo infatti che i risultati del loro studio potrebbero: “fornire ai produttori di veicoli elettrici informazioni pratiche sull’adattamento della tecnologia litio-metallo alle condizioni di guida del mondo reale”. 

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    La svolta rivoluzionaria delle batterie al litio metallico di stanford | elettronauti It

    Scaricate la cella e lasciatela riposare

    Precedenti ricerche a Stanford avevano scoperto che la matrice SEI inizia a dissolversi quando la cella è inattiva. Sulla base di questa scoperta, i ricercatori che hanno condotto questo studio, hanno deciso di vedere cosa sarebbe successo se la cella fosse stata lasciata riposare mentre era scarica. Hanno scaricato completamente la cella in modo che nessuna corrente l’attraversasse e hanno scoperto che se essa rimane scarica anche solo per un’ora, parte della matrice SEI che circonda il litio morto si dissolve. Quando la cella al litio-metallo viene ricaricata, il litio esaurito si ricollegherà all’anodo perché c’è meno massa solida nel percorso. Il ricollegamento all’anodo riporta in vita il litio morto, consentendo alla cella di generare più energia e ne prolunga la durata.

    Il riposo ripristina le prestazioni delle celle litio-metallo | elettronauti. It
    Pacco batteria al litio metallico in un prossimo futuro | Elettronauti.it

    Inizialmente il gruppo di ricerca pensava che la perdita di energia fosse irreversibile, ma utilizzando la microscopia video time-lapse, ha scoperto che la capacità perduta poteva essere recuperata semplicemente mettendo a riposo la cella scarica. In un tipico veicolo elettrico, il pacco batteria può avere una moltitudine di celle disposte in moduli e controllati da un sistema di gestione delle batterie denominato BMS. Si può quindi ipotizzare che implementando uno software nel BMS di un pacco batteria composto da celle al litio-metallo, ogni singolo modulo può essere scaricato completamente per un determinato tempo in modo che non ha più alcuna capacità residua per poi essere riattivato.

    Nuove prospettive

    I risultati dello studio potrebbero fornire ai produttori di veicoli elettrici spunti pratici sull’adattamento della tecnologia del litio metallico alle condizioni di guida del mondo reale, ha affermato l’autore senior Yi Cui, professore di scienza e ingegneria dei materiali presso la Facoltà di ingegneria dei fondatori di Fortinet e professore di scienze energetiche e ingegneria presso la Stanford Doerr School of Sustainability.

    "Le batterie al litio metallico sono state oggetto di molte ricerche. I nostri risultati possono aiutare a guidare studi futuri che aiuteranno nel progresso delle batterie al litio metallico verso un diffuso adattamento commerciale”.
    Yi Cui, professore di scienza e ingegneria dei materiali presso la Facoltà di ingegneria

    Uno studio che si addiziona a quella effettuato dai ricercatori del California Nano Systems Institute dell’UCLA che sono riusciti a prevenire l’insorgere dello strato di corrosione che di solito si forma nelle celle al litio-metallo, progettando una tecnica che ne impedisce il logoramento. Delle scoperte che dovrebbero suscitare la curiosità dei marchi specializzati nel fornire pacchi batteria per BEV. Infatti se si riuscirà a sviluppare un processo di rigenerazione, la perdita di energia non sarà più irreversibile. Ogni qualvolta che la macchina rimane a stazionare per ore, sia che sia in un parcheggio o nel box, il BMS potrebbe consentire alla batteria al litio-metallo di rigenerarsi.

    Sebbene i pacchi batteria con celle agli ioni di litio continuano a dominare il mercato, i veicoli di prossima generazione con celle al litio-metallo saranno in grado di percorre 800/1.000 km con una singola carica, il doppio dell’autonomia dei veicoli elettrici odierni.

    Commento finale

    Raddoppiando l’autonomia dei veicoli elettrici si potrebbe eliminare l’ansia per i conducenti riluttanti ad acquistare veicoli elettrici.


    Voi cosa ne pensate?

    Fonte

    Alan Murarotto
    Alan Murarotto
    tecnico meccatronico, formatore automotive, professionista della mobilità. Aiuto i lettori a districarsi nel labirinto delle dinamiche che governano la transizione energetica, dalla burocrazia agli aspetti legati alla guida di veicoli elettrici e non solo, con accenni tecnici per una visione a 360°.

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