Le batterie agli ioni di litio alimenteranno le auto?

Galleria di immagini: auto ibride La Chevrolet Volt, un'ibrida plug-in progettata per percorrere fino a 40 miglia con una batteria agli ioni di litio. Guarda altre foto di auto ibride. Alex Wong / Getty Images

Una progressione verso le auto ibride ed elettriche sembra un passo naturale nell'evoluzione della tecnologia automobilistica. Gli analisti non prevedono un calo dei prezzi del petrolio e della benzina in qualunque momento presto, spostando efficacemente le case automobilistiche nella marcia più alta per trovare il modo migliore per alimentare i veicoli. Se le recenti concept car rivelate dalle principali case automobilistiche sono predittori precisi, Batterie agli ioni di litio (Li-ion) potrebbe essere quella bacchetta magica.

Prendi, ad esempio, il file Chevrolet Volt. Questa è la concept car ibrida plug-in di General Motors progettata per funzionare per 40 miglia (64,3 chilometri) interamente con batterie agli ioni di litio. Dopodiché, un piccolo motore a gas subentrerà per altri 600 miglia (965 chilometri). Ciò significa che molte persone potrebbero completare il loro tragitto giornaliero senza bruciare una goccia di gas. Inoltre, la società prevede di iniziare a sfornarli in massa entro il 2010.

È possibile ricaricare alcune batterie agli ioni di litio collegando l'auto a una presa di corrente. VisionsofAmerica / Joe Sohm / Getty Images

E Chevrolet non è sola nella tendenza agli ioni di litio. Jeep, Cadillac, Dodge, Land Rover, Chrysler e Saturn hanno tutte presentato in anteprima le concept car del 2008 dotate di batterie agli ioni di litio per una guida più ecologica [fonte: Mahoney].

Perché questo adulare le batterie agli ioni di litio in primo luogo? La Toyota Prius e due nuovi ibridi che l'azienda ha presentato nel giugno 2008 utilizzano una batteria al nichel-metallo idruro. Secondo gli standard EPA più recenti, la Prius ottiene un combinato di 46 miglia per gallone - per non parlare del fatto che ha venduto come un panino. [fonte: fueleconomy.gov].

Ma in termini energetici, le batterie agli ioni di litio offrono semplicemente un pugno più potente. Le batterie agli ioni di litio immagazzinano più energia in spazi più piccoli rispetto a quelle più tradizionali al piombo-acido e al nichel-metallo idruro. Il litio ha la densità di energia e il potenziale elettrochimico più elevati di tutti i metalli, che è ciò che gli conferisce quella resistenza [fonte: Buchmann]. Anche le batterie al nichel-metallo-idruro negli ibridi su strada sono pesanti, limitando il loro potenziale, mentre le batterie agli ioni di litio possono aumentare la velocità senza appesantire l'auto. A causa di questa proprietà, puoi trovarne versioni più piccole in molti prodotti di elettronica di consumo, come laptop, telefoni cellulari e iPod.

Ma ci sono alcuni ostacoli sulla strada perché le batterie agli ioni di litio diventino la benzina di domani, vale a dire sicurezza, costi e longevità. Verificheremo i problemi di sicurezza nella pagina successiva.

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I pacchi batteria e le celle agli ioni di litio sono disponibili in tutte le forme e dimensioni, ma sono tutti simili. Controlla che aspetto hanno i pacchi e le celle all'interno.

Ricordi quando i laptop hanno preso fuoco nel 2006? Era la batteria agli ioni di litio.

Le esplosioni casuali dovute al surriscaldamento non erano un problema diffuso, tuttavia, il produttore di batterie agli ioni di litio Sony, che uscì con la prima batteria agli ioni di litio commercializzata nel 1991, dovette richiamare più di 6 milioni di computer a causa di ciò [fonte: Lamb ].

I pacchi batteria e le celle agli ioni di litio sono disponibili in tutte le forme e dimensioni, ma sono tutti simili. Controlla che aspetto hanno i pacchi e le celle all'interno.

Negli ultimi due anni da allora, la batteria agli ioni di litio non ha recuperato completamente la sua reputazione di sicurezza. Ora puoi capire perché metterlo all'interno di un'auto rende alcune persone un po 'ansiose.

Perché c'è una possibilità di esplosione? Le batterie agli ioni di litio funzionano separando i suoi lati positivi e negativi da uno strato sottile, chiamato elettrolita. L'elettrolita è perforato per permettere agli ioni di litio di passare da un lato all'altro della camera, generando così una corrente. Minuscoli pezzi di metallo che risultano dal processo di produzione possono potenzialmente rimanere bloccati in quelle perforazioni, impedendo agli ioni di fluire liberamente. La pressione e il calore possono quindi accumularsi, provocando un'esplosione. Inoltre, consentire agli ioni di muoversi troppo rapidamente può anche causare il surriscaldamento.

Allora come funziona il tutto elettrico Tesla Roadster Riuscirai a mettere sotto il cofano 6.831 batterie agli ioni di litio senza rischiare un grosso scoppio? Il sistema di accumulo di energia della Tesla che spinge l'auto è dotato di un sistema di raffreddamento, che assicura che le batterie non si surriscaldino. Regola inoltre la velocità del flusso di ioni per evitare che si ricarichino o si scarichino troppo rapidamente.

Poiché le case automobilistiche e gli scienziati hanno compreso l'ampio potenziale delle batterie agli ioni di litio, hanno investito tempo e denaro nella ricerca di modi per ridurre i rischi per la sicurezza. Per esempio, nanotecnologia, lo studio di atomi e nanostrutture, potrebbe essere in grado di prevenire quelle pericolose esplosioni. I nuovi nanomateriali, come il nanofosfato, non sono soggetti a cortocircuiti come la grafite, il tradizionale elettrolita agli ioni di litio [fonte: Peter].

E a proposito di tempo e denaro, prima che le batterie agli ioni di litio facciano il loro grande ingresso nel mondo automobilistico di consumo, devono essere più economiche e durature. Scopri perché e come nella pagina successiva.

Auto elettriche del passato

La spinta odierna verso le auto elettriche è più un revival che una rivoluzione. In effetti, le carrozze elettriche esistevano all'inizio del 1800, molto prima del motore a combustione interna. Ai nostri tempi, sia Toyota che General Motors uscirono con modelli di auto elettriche alla fine degli anni '90 che alla fine ritirarono dalla produzione.

GM EV-1: General Motors ha rilasciato un piccolo numero di queste berline elettriche nel 1996, ma solo per leasing. Ha ritirato tutti i modelli nel 2003 dopo aver speso 1 miliardo di dollari per lo sviluppo [fonte: CBS News]. La rivista TIME l'ha anche nominata una delle "50 peggiori auto di tutti i tempi" a causa della sua autonomia limitata e delle elevate spese di produzione [fonte: TIME].

Toyota RAV4-EV: la versione elettrica del familiare SUV RAV. Come l'EV-1, la Toyota ha smesso di produrre questo modello nel 2003. Secondo la società, ha messo in scatola l'auto a causa delle vendite lente e dell'impraticabilità della sua batteria a basso consumo che costava di più per la sostituzione dell'intero veicolo [fonte: Toyota].

L'elegante Tesla viene venduta al dettaglio per oltre $ 100.000 in parte a causa dei prezzi elevati delle batterie agli ioni di litio. Mike Gaustella / WireImage / Getty Images

La Tesla Roadster può percorrere l'equivalente di 256 miglia per gallone. Basta collegarlo durante la notte e puoi percorrere fino a 250 miglia (402 chilometri) senza fermarti alla stazione di servizio. Ma c'è un problema: un modello del 2009 costa più di $ 100.000.

Parte di questo prezzo elevato è il design elegante e sportivo delle auto, i servizi e la potenza per passare da zero a 60 miglia all'ora in meno di quattro secondi, un'accelerazione che si colloca tra le auto sportive a benzina con le migliori prestazioni. Ma quel potere non è economico. In effetti, le batterie agli ioni di litio sono da quattro a cinque volte più costose di quelle al nichel-metallo idruro [fonte: Popely]. Poiché le confezioni per auto possono costare tra $ 10.000 e $ 15.000 ciascuna, trovare un'alternativa più economica sarà un grosso ostacolo per le case automobilistiche che vogliono commercializzarle [fonte: Popely].

C'è anche un problema con la durata della batteria. Come le batterie AA che metti nel telecomando della TV, le batterie agli ioni di litio alla fine muoiono. Anche se non li usi, inizieranno a degradarsi non appena vengono prodotti. Puoi ricaricarli, ma solo un numero limitato di volte. È come cercare di riempire una brocca d'acqua che ha un minuscolo foro che diventa sempre più grande ad ogni utilizzo.

Misuriamo la longevità della batteria in termini di durata del ciclo o il numero di volte in cui è possibile scaricarla, caricarla e utilizzarla di nuovo. Con le batterie agli ioni di litio, partire da una batteria completamente ricaricata al 100 percento ti darà una durata del ciclo individuale più lunga, ma ridurrà il numero totale di cicli che otterrai da essa. Per questo motivo, la Tesla Roadster non ti consente di ricaricare più del 95 percento della potenza originale o di lasciarla scaricare a meno del 2 percento [fonte: Eberhard e Straubel]. Inoltre, l'azienda prevede che il pacco batterie duri 100.000 miglia o cinque anni. A quel punto, dovresti sostituire la batteria.

Come per il problema della sicurezza, i ricercatori stanno cercando un'alternativa al litio più duratura. E ancora una volta, la nanotecnologia sembra guidare il pacchetto di potenziali soluzioni. Una società, Altair Nanotechnologies, annunciò nel 2006 di aver trovato un nuovo materiale che avrebbe superato di gran lunga le batterie agli ioni di litio e si sarebbe ricaricato più velocemente allo stesso prezzo, chiamato titanato di litio [fonte: Bullis]. La società automobilistica canadese Phoenix Motorcars utilizza batterie al titanato di litio nella sua linea di auto elettriche con un'autonomia di oltre 100 miglia.

Toshiba ha anche lanciato una batteria agli ioni di litio a ricarica rapida inizialmente per biciclette e veicoli da costruzione che alla fine vuole testare in auto [fonte: MSNBC]. Nel giugno 2008, Toyota ha anche pubblicizzato i piani di unire le forze con la società che produce le sue attuali batterie ibride per sviluppare batterie agli ioni di litio entro il 2009 [fonte: Kim].

Con così tanta energia nello sviluppo delle batterie agli ioni di litio, c'è una forte possibilità che possano alimentare le nostre auto nel prossimo futuro. Per ulteriori informazioni sulle auto di domani e informazioni correlate, visitare i collegamenti nella pagina successiva.

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Altri ottimi link

• FuelEconomy.gov
• Chevrolet Volt
• Tesla Motors

fonti

• Buchmann, Isidor. "Gli ioni di litio sono la batteria ideale?" Battery University. Aggiornato a novembre 2006 (26 giugno 2008)
• Bullis, Kevin. "L'auto agli ioni di litio". Revisione della tecnologia. MIT. 24 marzo 2006 (26 giugno 2008) http://www.technologyreview.com/Biztech/16624/page1/
• Cotta, Rick. "Batterie ibride: nessuna è peggio per l'usura?" Consumer Guide Auto. (1 luglio 2008) https: //consumerguideauto..com/hybrid-batteries-none-the-worse-for-wear-cga.htm
• Eberhard, Martin e Straubel, JB. "Un po 'di batterie". Tesla Motors. 30 novembre 2006. (26 giugno 2008) http://www.teslamotors.com/blog2/?p=39
• Hall, Kevin G. "Sviluppo del carburante a prezzi elevati del petrolio per nuove batterie ibride". Giornali McClatchy. 8 giugno 2008. (26 giugno 2008) http://www.mcclatchydc.com/226/story/39869.html
• Kim, Chang-Ran. "Toyota inizierà la produzione di batterie agli ioni di litio nel 2009." 11 giugno 2008. (26 giugno 2008) http://www.boston.com/news/world/asia/articles/2008/ 06/11 / toyota_to_start_lithium_ion_battery_output_in_2009 /
• Lamb, Gregory M. "La ricerca di una batteria migliore continua ad andare avanti e indietro". Christian Science Monitor. 18 settembre 2006 (26 giugno 2008) http://www.csmonitor.com/2006/0918/p13s01-stct.html
• LaReau, Jamie. "Lutz di GM parla di batterie agli ioni di litio, automobili e Toyota". Notizie automobilistiche. 19 novembre 2007.
• Mahoney, Patrick G. "Concept car di un colore diverso ... Verde." Progettazione di macchine. 10 aprile 2008. (26 giugno 2008)
• Personale MSNBC. "Batteria rivoluzionaria per auto elettriche?" MSNBC. 13 dicembre 2007 (26 giugno 2008) http://www.msnbc.msn.com/id/22240865/
• Peter, Tom A. "Battery Tech inizia ad avvicinarsi all'alta tecnologia". Christian Science Monitor. 15 marzo 2007 (26 giugno 2008) http://www.csmonitor.com/2007/0315/p14s01-stct.html
• Popely, Rick. "La corsa automobilistica a batteria è iniziata: nonostante i costi attuali e le preoccupazioni sulla sicurezza, le case automobilistiche vedono i plug-in e gli ibridi come rimedio alla futura benzina da 5 dollari al gallone". McClatchy - Tribune Business News. 18 giugno 2008. (26 giugno 2008) http://www.chicagotribune.com/business/chi-wed-car-batteries_06-17jun18,0,4936123.story