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Nanotubi di carbonio: Nawa mette il turbo agli elettrodi

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nanotubi di carbonio
La  società francese Nawa Technologies ha brevettato un elettrodo per batterie in nanotubi di carbonio. E’ la stessa tecnologia utilizzata per realizzare i suoi supercondensatori (leggi anche). 
nanotubi di carbonio

Questo elettrodo ultra veloce, afferma Nawa, potrebbe migliorare la potenza delle celle agli ioni di litio di un fattore 10, lo stoccaggio di energia fino a tre, il ciclo di vita fino a cinque e ridurre il tempo di ricarica fino a pochi minuti anziché ore. Abiliterebbe inoltre l’utilizzo di altre chimiche più economiche e performanti, come il silicio e lo zolfo o il litio metallico con elettrolita allo stato solido.

Verso il Santo Graal delle batterie

La soluzione di Nawa aprirebbe insomma il percorso verso il Santo Graal delle batterie per autotrazione, la rivoluzione che tutti attendono. E forse squarcia un velo sui veri obiettivi di alcune operazioni che hanno visto come protagonisti colossi delle batterie e realtà emergenti nei supercondensatori. Vedi Tesla che ha acquistato Maxwell e l’accordo fra Skeleton Technologies  e Karlsruhe Institute of Technology tedesco (leggi).

Secondo l’azienda con sede a Aix-en-Provence, uno dei principali limiti della potenza della batteria, dell’energia e del ciclo di vita sono le polveri utilizzate per realizzare gli elettrodi. Questi possono portare a una bassa conduttività elettrica, termica e ionica; cattivo comportamento meccanico durante la scarica e la ricarica; può anche contribuire alla delaminazione e al degrado precoci . Il che comporta problemi di sicurezza e la riduzione ciclo di vita delle celle.

Il nuovo elettrodo brevettato da Nawa è basato su nanotubi di carbonio allineati verticalmente (VACNT). Combina la conduttività ionica – grazie a una nanostruttura 3D completamente accessibile – con un’elevata conduttività elettrica e termica, fornita dalla sua disposizione di 100 miliardi di nanotubi per centimetro quadrato. Il tutto allineato verticalmente.

Con gli elettrodi che rappresentano quasi il 25% del costo totale della batteria e l’attuale mercato globale delle batterie agli ioni di litio che vale più di 35 miliardi di dollari, Nawa ritiene che il suo nuovo design possa offrire anche significativi risparmi sui costi.

L’elettrodo messo a punto da Nawa sarebbe secondo l’azienda  un sistema universale, disponibile sia come primer per elettrodi esistenti – dove il VACNT aumenta la conduzione elettrica _, sia come elettrodo 3D completo in cui il VACNT funge da struttura su cui può essere inserito il materiale di inserimento del litio rivestito. Nava sta sviluppando diversi concetti di rivestimenti con varie chimiche e partner. Si aspetta che la tecnologia sia in commercio già nel 2023.

Aggiunge infine che la tecnologia è facilmente riciclabile alla fine del suo ciclo di vita e potrebbe ridurre l’impronta di CO2 di una cella batteria al litio fino al 60%.

Mille km di range, ricarica in 5 minuti

Uno dei mercati chiave per la tecnologia Nawa dovrebbe essere il settore automobilistico, che attualmente rappresenta il 75% della produzione di batterie agli ioni di litio. L’azienda afferma che una batteria avanzata agli ioni di litio con un elettrodo di carbonio ultra veloce potrebbe raddoppiare i kWh immagazzinati. Ciò significherebbe raggiungere agevolmente i 1.000 km di autonomia in un mercato di massa per i veicoli elettrici. Il tempo di ricarica potrebbe essere ridotto a un minimo di cinque minuti per una carica dell’80%, mentre il ciclo di vita della batteria potrebbe essere migliorato fino a cinque volte. Fosse vero, dal 2023 il motore termico non avrebbe più alcuna ragion d’essere.
Il nuovo design di elettrodi sarebbe  già in pre produzione. Utilizza infatti gli stessi processi produttivi dei supercondensatori Nawa, che possono essere adattati per le batterie agli ioni di litio.

Nonotubi di carbonio, l’autostrada degli ioni

Il tipico elettrodo a carbone attivo attualmente in produzione è realizzato con una miscela di polveri, additivi e leganti. Laddove vengono utilizzati nanotubi di carbonio, sono tipicamente attaccati in un modo confuso, come “spaghetti aggrovigliati”. Ciò fornisce agli ioni portatori di carica un percorso casuale, lungo, caotico e spesso bloccato da attraversare nel loro percorso dal catodo all’anodo e viceversa. I vantaggi delle tecnologia Nawa sono tutti nella brevità e immediatezza del percorso degli ioni. I nanotubi di carbonio allineati verticalmente creano una struttura anodo o catodica più simile a una spazzola per capelli. Ciascuno di questi  saldamente radicati viene quindi rivestito con materiale attivo, sia esso ioni di litio o qualcos’altro. Il risultato è una sorta di autostrada lungo la quale gli ioni devono percorrere molto più velocemente una distanza molto più breve.

«La distanza che lo ione deve percorrere è di pochi nanometri attraverso il materiale al litio anzichè micrometri con un semplice elettrodo» ha spiegato Pascal Boulanger, fondatore di Nawa e CTO in un‘intervista a New Atlas.

Pascal Boulanger

«Realizzare una batteria è molto difficile _ aggiungeBoulanger _ . Devi padroneggiare molti parametri. Ma se vuoi padroneggiare quei parametri, devi avere la più alta conduttività elettrica. Devi avere la più alta conduttività termica. Devi avere la più alta conduttività ionica. Ed è esattamente ciò che il nostro materiale può portare ai produttori di batterie».

Dall’auto (PSA e Renault?) agli aerei

Il primo cliente su larga scala di Nawa è il produttore francese di batterie Saft, che sta collaborando con PSA e Renault come parte della European Battery Alliance, la cosiddetta “Airbus delle batterie”.

Ma l’incremento di prestazioni ottenibile dalla tecnologia di Nawa rappresenterebbe anche un enorme potenziale balzo in avanti per l’ aviazione elettrica. Qui il peso, la densità di energia e i tempi di ricarica delle odierne batterie al litio stanno finira imponendo enormi limitazioni allo sviluppo e alla fattibilità commerciale degli aerei a zero emissioni.

6 COMMENTI

  1. L’impressione è che finalmente gli investimenti globali sulle batterie hanno preso il volo, dopo anni di freno tirato (dalle compagnie oil?). Mi aspetto grandi cose in pochi anni.

    • Ma allora sono proprio i consumatori a poter frenare. Se compro un auto elettrica oggi, posso pensare che tra 3 anni sarà già obsoleta proprio perché le batterie dovrebbero fare passi da gigante. E questa sensazione non l’avevo con l’auto termica. Cosa ne pensi?

      • Cioè l’effetto Osborne. Invece dato il tipo di tecnologia, c’è da vedere che tipo di costi avrà: i materiali nano sono per definizione molto difficili da maneggiare. Questi sono altamenti ingegnerizzati, per essere tutti messi verticalmente e poi ricoperti di materiale attivo. Può essere che sia una soluzione di fascia molto alta e che non vada a competere con altre tecnologie. Infatti si parla di aviazione. Chissà

        • Sulla stampa anglosassone si stima un costo di dieci volte superiore agli elettrodi tradizionali. Ma il CEO di Nawa dice di aver già sviluppato tecnologie produttive che, se utilizzate su grande scala, abbatteranno i costi dei nanotubi di carbonio verticali fino a livelli competitivi.

          • Les jeux sont faits, rien ne va plus.
            Senza essere Jules Verne è evidente che nei prossimi anni assisteremo a una rivoluzione trasportistica.
            Queste batterie stabiliranno il divario tra vetture elettriche utilitaristiche e le carbon nanotubes (CNTs) car che staccheranno le ruote da terra per prendere il volo.
            Basta unire la tecnologia elettrica, quella dei droni, la guida autonoma non più nella dimensione terreste ma spaziale e queste batterie e “Les jeux sont faits, rien ne va plus”.
            Ogni università ha almeno un gruppo di ricerca.
            Quando mai si sono visti investimenti di questa portata?
            Le big oil company stanno cambiando come le politiche energetiche e le innovazioni tecnologiche sulle rinnovabili e la mobilità elettrica.
            Hanno compreso che non si tornerà indietro dopo anni di successo e guadagni su petrolio e gas hanno iniziato a investire nelle rinnovabili non fossili, dall’eolico all’idrogeno verde.
            Siamo in ritardo per passare a una tecnologia così differente e pensare anche di farlo velocemente?
            Probabilmente sì, lo constatiamo dagli investimenti.
            Fondamentale la spinta del Green Deal, il ruolo della Commissione Ue e il raggiungimento degli accordi di Parigi sul clima.
            Tra cinque anni ci siederemo su uno di questi, altro che Tesla Model 3.
            Non vedo l’ora di spiccare il volo.
            https://www.youtube.com/watch?v=NLUExClKVCM

  2. Ho perso il conto di quanti anni sono passati nel sentir periodicamente reclami di miracoli, di soluzioni magiche e di scienziati ed alchimisti degni di Harry Potter…. fino ad arrivare a tesla con i suoi un milione di km.
    Fin quando non entrano in produzione, chi più né ha più né metta….

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