Le batterie del futuro: Litio-Silicio, Litio-Aria, Litio-Zolfo, Grafene ...

[Leonardon]

L'uso del grafene nelle batterie è molto interessante e promettenre, ma....
viste le migliaia di brevetti depositati tra 2012 ed oggi da varie università, dubito che riusciremo a vedere qualcosa prima di 20 anni (tempo di scadenza dei brevetti).
Notoriamente questi brevetti vengono depositati solo per cercare di accapparasi soldi per le ricerche o per "vivere" di cause legali, non per produrre.
Quindi eventuali investitori/produttori, staranno alla larga fino alla scadenza... ed anche dopo per un po', perchè molti ri-depositano gli stessi brevetti già scaduti, sfruttando la "distrazione" degli uffici brevetti che non hanno risorse per controllare.
Spesso vengono ridepositati brevetti di brevetti già scaduti 50-70 anni orsono, con qualche modifica.
Mi è capitato anche di leggere brevetti di persone/università/ditte diverse, che riportavano intere pagine copia/incolla.
Ormai c'è poco di veramente nuovo ed il problema è "portare sul mercato": forse una soluzione è il fai-da-te, ma non tutti hanno attrezzature avanzate per farlo, e poi verrebbe a costare di più.
Mi sa, caro Jumpy, che dovremo girare con i nostri scooter LifePO (o peggio LeadAcid) ancora per un bel po'.

[

PPS:
negli anodi illustrati il piu' interessante e' proprio il Li7Ti5O12 che pur avendo un potenziale d'elettrodo basso (7 atomi di litio), ha si una bassa capacita' specifica gravimentrica, ma anche una variazione di volume nulla rispetto ai sali costituenti.
significa che puoi fare una batteria da 100-150Wh/Kg (la meta' di una classica litio odierna), ma, a parita' di peso, con le dimensioni di 1/10 rispetto alle odierne celle e quindi con la possibilita' di metterne 10 volte di piu', ossia aumentare la carica trasporabile di 5 volte, impattando comunque sul peso in tale proporzione

in soldoni 50Kg di queste celle ti permettono una capacita' di 5-7.5 KWh (utili 4-6KWh?), che puoi caricare e lasciare carica per mesi, mesi e mesi, delle dimensioni di 1/5 rispetto ad un mesesimo pacco liFePO4, con cicli virtualmente infiniti...



Scusa Lucusta, ma non ti sei dimenticato il catodo nei tuoi calcoli?
Ci sono giè in produzione celle Anodo/ LTO con catodo LiFePO4 (1,8VOC) o LiMnO2(2,4VOC), 20mila e 12 cicli al 100%DOD rispettivamente, ma l'energia volumetrica non è affatto più elevate delle "vecchie" litio, anzi sono molto più ingombranti.
vantaggi: durata, elevati C sia in carica che scarica.
Ottime direi per l'accumulo o la regolazione di rete, non per veicoli elettrici.
Costano ma se dividi il costo per l'energia accumulabile nel totale, costano 10 volte in meno di una Lead.

Se si potesse fare una batteria come questa
http://dechema-dfi.de/kwi_media/F622_tubulair-p-2638.pdf
per i veicoli elettrici...
Aria al catodo (come nei motori) ad anolito liquido ricararicabile (come fare il pieno di benza).
Quando l'anolito è scarico lo scarichi alla stazione di servizio (che lo rigenera) e fai il pieno di anolito carico: 5 minuti.
Che ne dite?

 

[jumpjack]

si;
moltiplichi per il voltaggio di cella teorico

Ma i mAh/g dell'altro elettrodo non influiscono sul totale?

significa che puoi fare una batteria da 100-150Wh/Kg (la meta' di una classica litio odierna),

No, veramente le lifepo4 sono da 100 e le licoo2 da 150.

E poi io ho letto che l'elettrodo in silicio triplica il suo volume, ma se la capacità sarà 10 volte quella del po4, le batterie sarano comunque 1/3 più piccole no?

Il ritorno del litio puro nelle batterie al litio:
Charged EVs | Stanford team develops stable lithium anode

Le prime batterie al litio, se non sbaglio brevettate nel 1976, avevano un problemino: contenevano litio metallico, che con l'uso cresceva in forma di vari "ramoscelli", o dendriti, andava in corto con l'altro elettrodo, e pijava foco tutto.
Così decisero di abbandonare il metallo e passare ai sali di litio.

Però ora forse hanno trovato una soluzione (v. link).
E' stato il solito Yi Cui, quello che sta lavorando alle batterie litio-silicio, che la Amprius ha già iniziato a commercializzare ad aprile 2013, e che promettono risultanti clamorosi... anche se chissà tra quanto.

 

[lucusta]

*** Citazione integrale rimossa. Violazione art.3 del regolamento del forum. nll ***

in effetti le "vecchie" Scib (presentate nel 2008, circa 6 anni fa' e ancora mai viste se non sotto la i-mev) hanno ben pochi watt rispetto al loro peso e volume:
76.6cm3 per 2.4v , 4.2 Ah e 150g:
67.2Wh/Kg e 131.6Wh/l
le winston da 40 hanno:
978.3cm3 per 3.2 su 40Ah e 1600g:
80Wh/Kg e 130.8Wh/l
il 16% in meno di Wh/Kg tra' lifepo4 e LTO mentre una densita' energetica volumetrica uguale.

a mio parere sono lungamente distanti dal teorico, molto piu' dello stadio di sviluppo delle ferro fosfato (che sono quello che sono da 10-12 anni, ormai).

 

[carest]

Le Toschiba Scib hanno la stessa chimica dell'Altairnano che erano presenti già nel 2007 sul Doblò della microvett; faceva solo 100km e per questo motivo erano state preferite le Kokam (litio polimeri). Queste batterie vanno bene per l'uso stazionario e hanno una lunga vita; non a caso le Scib vengono vendute solo in ambito industriale e l'Altairnano punta su grossi gruppi di stabilizzazione per reti elettriche.

 

[lucusta]

Credo che comunque le litio titanate siano più facili da fare, nel senso che, leggendo la ricetta di quella ricerca, ottieni lo stadio nanocristallino direttamente dalla sintesi, evitando lavorazioni meccaniche di macinazione e raffinazione ( setacciatura).
Quano facevo esperimenti sulla cristallizzazione ( 25 anni fa, su sintesi organiche di molecole attive), era decisamente più facile ottenere megacristalli che microcristalli, figuriamoci nanocristalli... per i nostri scopi, era più utile avere un microcristallo ( meno impurezze occluse), da trasformare successivamente in macroagglomerati meccanicamente, in modo da ottenere i vantaggi di lavorabilità di n macro e di purezza di n micro, il tutto con lavorazioni meccaniche.
Sono aspetti importanti per la produzione industriale, che si riflettono sui costi di r&d e produzione, quindi sul costo finale.

 

[lucusta]

lo metto qua', perche' sembra essere il thread piu' aderente:
una ricerca dell'enea:

JJ, giusto per stuzzicarti un po' e distrarti da quell'ecojumbo che ti sei fatto

e per stuzzicarti meglio ti suggerisco di ricercare film sottile di LiF cresciuto su substrato di Si ... sono per gli anodi; interfaccia Litio metallico / metallo generico (alluminio o rame)

Per il PDF di prima, questa e' la probabile sintesi dell'anatase commerciale descritta.
questo il probabile elettrolita: LiPF[SUB]6[/SUB]

 

[lucusta]

sempre ricerca, ma comunque interessante da leggere:
aluminium-ion battery
http://ecommons.cornell.edu/bitstream/1813/33734/2/The Rechargeable Aluminum-ion Battery.pdf
http://web.ornl.gov/adm/partnerships/factsheets/10-G01216_ID2383.pdf

sulla seconda punterei poco, usando come elettrolita un sale derivato dal tricloruro di alluminio, usato in chimica organica come catalizzatore (una brutta bestia da maneggiare); e' un sale tertacloruroalluminato, ed alcuni di questi, con litio, si usano come elettroliti nelle chimiche litio... con acqua non ha un bell'effetto (fiammate, reazione altamente esotermica, produzione di acido cloridrico anidro, ossia il cloruro d'idrogeno gassoso, altamente tossico ed irritante....); insomma, gran parte della brutta reputazione delle litio incendiarie era dovuto a questo elettrolita in soluzione organica (tra' l'altro con solventi organici infiammabili, come l'acetonitrile o tetraidrofurano).

comunque e' buono sapere che si punta ancora sull'alluminio nelle celle secondarie; per anni e' stato confinato in quelle primarie tipo Al-aria.

un bell'articolo del perche' si punta sulla nanostrutturazione dell'elettrodo per minimizzare la differenza di volume tra' carica e scarica; differenza che porta alla destrutturazione dell'elettrodo stesso e quindi alla sua parziale inattivita' (decadenza per ciclo):
www.mdpi.com/1996-1944/2/3/1205/pdf

l'allumina ormai te la mettono in ogni salsa!

PS: i messaggi non si possono piu' modificare dopo tot tempo?
me li compattate, per favore.

 

[jumpjack]

Questo tizio starebbe per mettere sul mercato una "nanobatteria" al silicio-grafene (SiGr) da 400 Wh/kg....
https://www.indiegogo.com/projects/juse-never-charge-again/x/8807478

 

[lucusta]

giusto per chi se le era perse, la winston ha tirato fuori le litio-titanate (per ora senza nessun grafico di riferimento).
Winston Energy Group Limited
vendono solo serie un po' troppo grandi per i veicoli (tradizionali); partono da 250Ah.
per ora la loro robustezza si prefigura in un aumento del 10% dei cicli vita a pari DOD.
80Wh/kg per le LYP, 63Wh/kg per le nuove LTHP;
124Wh/l per le LYP e 109Wh/l per le LTHP.
fattore di carica e di scarica identico (sia max che nominale), anche se effettivamente le titanate, teoricamente, potrebbero essere caricate a correnti maggiori.
in effetti oltre l'aumento del ciclo di vita non sembra esserci giovamento.
ed anche questo e' relativo: pesando di piu' e occupando piu' volume, alla fine un pacco LYP ha maggiore capacita' a parita' di peso o volume, quindi verrebbe stressato meno in scarica e ricarica (per la stessa energia prelevata), allungando i cicli di vita della cella (o comunque, avendo piu' carica, il minor numero di ricariche possibili portano comunque alla stessa energia storata per ciclo vita).

PS: winston ha eliminato la serie LSP litio-solfato... brevetti o inefficienza?

 

[HAMMURABY]

Innanzi tutto, a ogni applicazione si può cercare la miglior soluzione;1) partiamo dal fatto che le smartgrid permettono un accesso del veicolo alla rete in ogni luogo e da disponibilità di potenza che ora nemmeno ci si sogna, perché il prelievo avviene da batterie stazionarie distribuite.Per il trasporto pubblico sarà una fast CHARGE alla pensilina(accumulatore), da 750V600A per 15" della fermata (tosa-abb)2) la e-on tedesca usa accu. ibridi a tre stadi, supercap-litio-zebra..Mentre in italia si punta ce escludere il litio nello stazionario; La soluzione sul tavolo è più o meno:supercap-vrb-caes o,supercaps-ferro/nichel-caes...naturalmente litio e supercap (20+2kWh per un autobus!) saranno ottime sul veicolo.Nb: ci sono supercaps erogati al litio da 30Wh/kg

 

[lucusta]

Evpower ha annunciato le nuove celle (piccole) litio-titanate... ancora non sono in catalogo.Mentre calb ha le cam72 da 72Ah, con misura 30x135x222h; case in alluminio e 1.9kg con 125wh/kg di specifica gravimetrica. Su un sito tedesco le ho trovate a 99€.

 

[deepdark]

Mah...io come batterie del futuro per la casa, vedo solo quelle a volano, pochissimi contro e tantissimi pro. Per le auto si vedrà.

 

[lucusta]

i volani hanno bisogno di manutenzione accurata, essendo componentistica meccanica.
visto l'enorme energia cinetica che sarebbe necessaria anche per le minime esigenze, non credo siano adatti ad un uso casalingo.
li vedo bene come regolatori in grandi impianti, ma non di piu', anche perche' si parla di apparecchiatura di alta ingegneria, mentre il vero costo delle batterie, in genere, e' essenzialmente il costo dei brevetti e ricerca; come materiale sono molto economiche; in impianti grandi, diversamente, l'economicità di un accumulatore a volano si fa' piu' marcata.

 

[lucusta]

http://tesi.cab.unipd.it/40433/1/Tesina_Caon_Nicola.pdf

una tesina interessante (soprattutto su Li-O (aria) ).

 

[deepdark]

i volani hanno bisogno di manutenzione accurata, essendo componentistica meccanica.

Ni, si usano cuscinetti magnetici, quasi nessuna manutenzione

visto l'enorme energia cinetica che sarebbe necessaria anche per le minime esigenze, non credo siano adatti ad un uso casalingo.

Neppure questo è del tutto vero, basterebbe trovare solo la stanza, vendono giù ups a volano, grandi quanto un'armadio

li vedo bene come regolatori in grandi impianti, ma non di piu', anche perche' si parla di apparecchiatura di alta ingegneria, mentre il vero costo delle batterie, in genere, e' essenzialmente il costo dei brevetti e ricerca; come materiale sono molto economiche; in impianti grandi, diversamente, l'economicità di un accumulatore a volano si fa' piu' marcata.

Si stava studiando il kers a volano, non so com'è finita, potrebbe essere una gran bella batteria, nulla impendisce di fare mini volani.

 

[mariomaggi]

deepdark, ho toccato con mano molte decine di casi con supervolani, ne ho anche venduti, sono sempre piu' convinto che sotto i 100 kW non hanno speranze, almeno nei prossimi 10 anni.
Ora propongo accumuli con supercondensatori, ma solo per potenze rilevanti.

nulla impendisce di fare mini volani.

Lo impedisce il costo di produzione, eccessivo, data la complessita' del sistema.
Ciao
Mario

 

[HAMMURABY]

quelli a volano non sono batterie, ma SUPERCAP o meglio Capacitori meccanici !!

 

[jumpjack]

Sembra che le miracolose/misteriose batterie prossime ad entrare sul mercato, che permetterebbero di avere auto elettriche con almeno 300 km di autonomia, siano un po' meno misteriose: sarebbero quelle al litio-zolfo, che a quanto pare LG-Chem è riuscita a perfezionare per prolungarne i cicli. Se lo sarebbe infatti lasciato sfuggire il CEO della Nissan, Ghosn , parlando della prossima Leaf.

Non sono ancora sul mercato, ma dovrebbero arrivare nel 2016-2017. Finora il problema maggiore era la longevità (50-100 cicli), ma le nanotecnologie potrebbero risolvere il problema.
Le Li-S avrebbero 400-500 Wh/kg contro gli 80-120 delle batterie attuali (LiFePO4, NMC, LTO e quant'altro) o i 235 delle costosissime Panasonic montate sulla Tesla S.


Intanto ho trovato una bella raccolta di studi sui possibili miglioramenti per le Li-S:
lithium-sulfur cells cxs: Topics by National Library of Energy

 

[carest]

Vuoi vedere che alla finire il team di Bruno Scrosati (università Sapienza - Roma) è finalmente riuscito a cavarci i piedi? Le prime notizie sono di più di 5 anni fa!
Batterie cinque volte più potenti per auto elettriche e pc | Sapienza - Università di Roma

 

[deepdark]

Mediamente ogni settimana qualcuno ha inventato delle super batterie anche senza cambiare nulla ma solo migliorando gli anodi.... sono anni che si parla del grafene come qualcosa di miracoloso ma ancora non si è visto nulla. Tutti dichiarano prodotyi miracolosi ma alla fine servono solo ad attirare investitori.