Rivoluzionare l'accumulo di energia: l'ascesa delle batterie a stato solido nell'era dei veicoli elettrici
Le batterie agli ioni di litio utilizzate in commercio sono composte principalmente da catodo, separatore di anodo ed elettrolita. Le batterie agli ioni di litio sono installate in smartphone, utensili elettrici e veicoli elettrici. Utilizzano una soluzione elettrolitica liquida.
Componenti di una batteria:
Elettrodi: l'elettrodo che rilascia elettroni durante la scarica è un anodo; l'elettrodo che assorbe gli elettroni è il catodo. Immagazzinano litio. L'elettrolita trasporta ioni di litio caricati positivamente (cioè, uno ione è una particella elettricamente carica prodotta per dare uno ione positivo o negativo rimuovendo o aggiungendo elettroni da un atomo neutro) dall'anodo al catodo e viceversa attraverso il separatore. Il movimento degli ioni di litio crea elettroni liberi nell'anodo, creando una carica che fa fluire corrente elettrica attraverso un dispositivo alimentato. Gli elettrodi sono responsabili delle prestazioni di base della batteria.
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Separatore ed elettrolita: questi due elementi determinano la sicurezza di una batteria. Il separatore funge da barriera fisica tra il catodo e l'anodo, impedendo il flusso diretto di elettroni tra di essi, bloccando il flusso di elettroni all'interno della batteria, lasciando passare solo gli ioni attraverso di essi.
L'elettrolita trasferisce gli ioni (particelle che trasportano carica) avanti e indietro tra i due elettrodi della batteria, facendo sì che la batteria si carichi e si scarichi.
Batteria a stato solido: la batteria a stato solido utilizza una soluzione elettrolitica solida invece di una soluzione elettrolitica liquida. Svolge anche il ruolo di separatore. Ha una maggiore densità di energia. Non presenta il rischio di esplosione o incendio, eliminando la necessità di componenti di sicurezza per tali scopi e risparmiando più spazio per aumentare la capacità della batteria.
Esempio di batteria a stato solido
La sperimentazione con le batterie a stato solido risale alla fine degli anni '50, con l'uso di elettroliti conduttori di ioni d'argento. Arrivando ai giorni nostri, un esempio di batteria a stato solido è il vetro al litio fosfato. La densità di energia è elevata in queste batterie, con una capacità energetica superiore a quella di una batteria agli ioni di litio.
Vantaggi della batteria a stato solido
Gli elettroliti liquidi nelle batterie agli ioni di litio sono costituiti da solventi organici infiammabili; c'è preoccupazione per il loro utilizzo in ambienti ad alta temperatura. Non esiste tale rischio associato all'uso di batterie a stato solido, poiché non sono costituite da materiali infiammabili. Possono essere utilizzate ad alte temperature e consentono una ricarica rapida grazie alla loro resistenza al calore. Un altro vantaggio è la scelta delle dimensioni della batteria poiché non ci sono restrizioni strutturali come nel caso degli elettroliti liquidi per prevenire perdite.
Ruolo delle batterie a stato solido nei veicoli elettrici
La ricerca indica la transizione dai veicoli ICEV (veicoli elettrici a combustione interna) ai veicoli elettrici nel settore automobilistico. Diverse sfide devono essere risolte prima che i veicoli elettrici diventino mainstream. I veicoli elettrici devono avere un livello di chilometraggio simile all'attuale ICEV ed è necessario aumentare la capacità della batteria di un veicolo elettrico per farlo. La sostituzione delle batterie agli ioni di litio con batterie a stato solido è una delle principali tendenze del mercato nella ricerca e sviluppo per i produttori automobilistici e di batterie a stato solido.
Si prevede che la dimensione del mercato delle batterie a stato solido crescerà con un CAGR del 32,5%, raggiungendo i 314 milioni di dollari USA entro il 2028 dai 58 milioni di dollari USA nel 2022.
Conclusione
Le batterie agli ioni di litio stanno raggiungendo il loro progresso tecnologico. Le batterie a stato solido sono una valida alternativa per affrontare gli attuali fattori restrittivi. Enormi investimenti da parte dei produttori (Toyota, BMW, Volkswagen, Hyundai e molti altri) nella ricerca e sviluppo di batterie a stato solido si tradurranno in progressi tecnologici innovativi nel settore.
Autore: Abhishek Saini