Che ci crediate o no, lo smartphone che tenete in mano era più potente della rete informatica della NASA, utilizzata per portare gli esseri umani sulla superficie della luna nel 1969, e con il vostro smartphone potete anche effettuare chiamate e inviare messaggi. come altre fantastiche funzionalità come giocare e riprodurre video Imaging, broadcasting e altre funzionalità che non possiamo elencare completamente, ma tutte le funzionalità che ottieni tramite uno smartphone potrebbero svanire e il dispositivo diventa inutilizzabile se non ha una batteria potente e ricaricabile che può durare a lungo, ma la tecnologia utilizzata è ancora difettosa e deve essere sviluppata.


Batterie agli ioni di litio

La prima batteria ricaricabile al piombo è stata sviluppata nel 1859 da un fisico Gaston PlantyE nel 1980, sviluppa il mondo John Goodnav Batteria a catodo all'ossido di litio e cobalto, che è stata commercializzata da Sony e utilizzata per le batterie dei telefoni cellulari nel 1991, e per questo risultato, Godnav è stato insignito del Premio Nobel in ottobre insieme ai colleghi chimici M. Stanley Whittingham e Akira Yoshino.

Le batterie agli ioni di litio funzionano combinando il catodo di ossido di litio (elettrodo positivo) con l'anodo (elettrodo negativo) e l'elettrolita (separatore) utilizzato come conduttore, quando la batteria viene caricata e scaricata, gli ioni si muovono tra gli elettrodi e generano energia che la batteria può quindi utilizzare.

Solo cinque aziende in Giappone, Cina e Corea del Sud producono il 62% delle batterie agli ioni di litio del mondo. La domanda è cresciuta notevolmente dal 2015, quando la Cina ha iniziato a spingere in modo aggressivo la produzione nazionale di veicoli elettrici insieme alla continua crescita globale delle vendite di smartphone, tablet e laptop.

La Cina attualmente produce il 60% dei veicoli elettrici nel mondo e sta cercando di garantire il controllo del litio, che è un abbondante minerale naturale che si trova nell'acqua salata ed è prodotto principalmente in Sud America, in particolare in Bolivia, Cile e Argentina.

La società cinese Tianqi Lithium lo scorso anno ha pagato 4 miliardi di dollari per una partecipazione nella società mineraria cilena Sociedad Química y Minera, dandole di fatto il controllo su metà della produzione globale di litio, e l'industria su cui Tianqi si concentra è il mercato delle batterie agli ioni di litio , che dovrebbe crescere in termini di dimensioni. Da $ 33 miliardi nel 2018 a oltre $ 73 miliardi entro il 2024 secondo la società di ricerche di mercato Global Market Insights.


Svantaggi delle batterie agli ioni di litio

Il litio (chiamato oro bianco) è un elemento chimicamente attivo rispetto ad altri elementi, e in Sud America, che produce la maggior parte del litio nel mondo, l'oro bianco viene estratto dalle superfici saline, ma il metodo utilizzato è altamente idrico in uno delle regioni più aride del mondo, come per il cobalto Un altro minerale necessario nella produzione di batterie, si trova quasi esclusivamente nella Repubblica Democratica del Congo, ed è estratto attraverso pratiche non sicure, compreso l'uso di bambini come manodopera da estrarre cobalto.

Inoltre, le batterie agli ioni di litio sono attualmente troppo costose per essere riciclate, il che significa che spesso finiscono nelle discariche e gli americani smaltiscono circa due miliardi di batterie agli ioni di litio ogni anno.Tuttavia, ci sono progetti in Svezia e Giappone che sono iniziati Ricicla le batterie dei veicoli elettrici che possono ancora trattenere il 70% della loro carica anche dopo molti anni di utilizzo.

Nonostante il rapido aumento della loro domanda, le batterie agli ioni di litio presentano altri svantaggi, come problemi di sicurezza e danni ambientali, perché gli ioni di litio sono un materiale intrinsecamente instabile e questo significa che possono esplodere se danneggiati o esposti a calore elevato. incendi ed esplosioni tra il 195 e il 2009, inclusi i problemi notevoli affrontati dal Samsung Galaxy Note 2017 nel 7.


soluzioni alternative

Alcuni ricercatori e tecnologi stanno cercando di affrontare queste sfide e svantaggi delle batterie agli ioni di litio fino ad ora, mentre altri stanno lavorando al processo di lenta evoluzione per trovare un'alternativa agli ioni di litio poiché ammoniaca, magnesio e sodio sono tutti in fase di sviluppo al momento e tutti hanno i loro svantaggi, tra cui una bassa ritenzione di energia e la volatilità dei materiali.

"Esistono due tecnologie di batterie primarie che dimostrano capacità sorprendenti per l'industria delle auto elettriche nel prossimo decennio", afferma Jarvis Toe, vicepresidente esecutivo del marketing e dei prodotti presso Enevate Corporation, una società di batterie agli ioni di litio con sede a Irvine, in California. è una sostanza attiva che può immagazzinare il litio e ha un'elevata conduttività elettrica.

Un altro importante sviluppo è la riduzione o l'eliminazione del cobalto, che attualmente rappresenta il 20% del costo dei materiali utilizzati in una normale batteria agli ioni di litio, e il prezzo del cobalto è aumentato da $ 20 per tonnellata nel 2016 a circa $ 80. oggi, quindi rimuovere il cobalto è la chiave per abbassare il costo Batterie agli ioni di litio, motivo per cui Panasonic e Tesla stanno lavorando per rimuovere il cobalto dalle loro batterie.

"Le tecnologie catodiche a basso contenuto di cobalto o prive di cobalto possono aiutare a continuare a ridurre il costo delle batterie EV per ottenere veicoli elettrici più convenienti e certificati più velocemente, poiché i catodi continuano a essere il componente più costoso all'interno di una cella agli ioni di litio oggi e le tecnologie degli anodi che dominano il silicio offre capacità di ricarica molto veloci insieme a densità di energia elevate e caratteristiche di sicurezza ".

I team di ricerca hanno esplorato con successo l'uso di elettrodi di ossido di magnesio e cromo e nanofili d'oro per sostituire il cobalto di cui sono solitamente fatti i catodi, oltre alle batterie "ricaricabili" che possono reintegrare gli elettroliti. Una futura centrale elettrica lungo la strada potrebbe ricaricare il tuo veicolo elettrico con un nuovo elettrolita quando La necessità, che elimina la preoccupazione di autonomia che è attualmente un grave problema per i veicoli con batteria agli ioni di litio.

Bill Ray, responsabile del settore dei semiconduttori e dell'elettronica presso la società di ricerche di mercato Gartner, afferma che la schiumatura di rame può sostituire gli ioni di litio in meno di cinque anni, ed è vicina alla produzione e con un anodo più grande, il che significa che può essere caricata molto rapidamente. Ovviamente quello che vogliono i consumatori. "

Diverse aziende, tra cui Ford, stanno sviluppando batterie a stato solido, che funzionano sostituendo un separatore di elettrolita liquido con un solido, e sono in fase di ricerca una gamma di potenziali materiali tra cui nuovi materiali cristallini, silicio policristallino LTPS e conduttore di idruro di litio superionico. , E l'elettrolita ceramico.


Tecnologie future

li - sulle batterie

L'uso di solidi può portare a una maggiore capacità della batteria riducendo il rischio di incendio o esplosione, sebbene questi materiali siano lontani dalla produzione tradizionale. I Laboratori federali svizzeri per la scienza e la tecnologia dei materiali e l'Università di Ginevra hanno anche creato un nuovo prototipo di batteria nota come "stato solido". Nel complesso, questa batteria ha il potenziale per essere più efficiente degli ioni di litio, ha maggiori capacità e fornisce alti livelli di sicurezza.

"Se riesci a padroneggiare una ricarica wireless affidabile su un metro, la tecnologia della batteria stessa diventa molto meno importante". "Sebbene siano in corso le prime prove con i sistemi di batterie allo stato solido, la tecnologia allo stato solido presenta attualmente degli svantaggi in termini di tecnologia e prezzo", afferma Sven Schulz, CEO della società tedesca AKASOL per le batterie ad alte prestazioni.

Si aspetta che le batterie allo stato solido entrino nel mercato entro il 2030, anche se ritiene che le batterie agli ioni di litio rimarranno l'opzione migliore per almeno i prossimi dieci anni perché mentre lo sviluppo della tecnologia agli ioni di litio non è un processo rivoluzionario, lo è migliorando passo dopo passo dal 2% al 5%.% all'anno Aderire a questa tecnologia fino all'emergere di una nuova tecnologia sperimentale è la cosa giusta da fare.

A lungo termine, alcuni esperti hanno una visione completamente diversa del futuro dell'alimentazione a batteria, Ray afferma che la ricarica a induzione wireless o interna tramite un cuscino in un garage, in strada o in un parcheggio cittadino è un luogo comune.

"Al momento, la ricarica wireless non è davvero migliore della ricarica con un cavo. Se riesci a padroneggiare una ricarica wireless affidabile su un metro, la tecnologia della batteria stessa diventa molto meno importante. Il tuo dispositivo dipende costantemente dalla ricarica."

Alcuni nel settore energetico prevedono che l'accumulo di energia domestica, come il Powerwall di Tesla, diventerà uno standard poiché le unità contengono batterie agli ioni di litio ricaricabili in grado di immagazzinare 13.5 kilowattora di elettricità, sufficiente per alimentare una casa di medie dimensioni per un giorno. la domanda cresce man mano che più case sono dotate di pannelli solari e turbine eoliche, ed è necessario immagazzinare questa energia.

Infine, con l'aumentare della nostra dipendenza da diversi tipi di batterie, aumenterà l'incentivo commerciale per esplorare soluzioni nuove, più affidabili ed efficaci, e per questo abbiamo bisogno di acquisire più esperienza in chimica, fisica, ingegneria e scienza dei materiali per unirci insieme ed è fondamentale avere una massiccia ondata di collaborazione che affronti le sfide.Sviluppo di nuove tecnologie per le batterie.

Cosa ne pensi del motivo per cui gli scienziati non sono ancora stati in grado di produrre tecnologie per batterie migliori? Fateci sapere nei commenti

Fonte:

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