Automotive – stoccaggio di energia elettrica

Pile ed accumulatori consentono di stoccare e rilasciare in maniera controllata energia elettrica sfruttando processi elettrochimici (reazioni di ossido-riduzione). Generalmente si intendono le pile come sistemi non ricaricabili e gli accumulatori come sistemi ricaricabili. Applicazioni diverse hanno esigenze funzionali diverse: la scelta tra pile o accumulatori è quindi legata agli scenari operativi. Ad esempio, pile usa e getta hanno specifiche tecniche compatibili con giocattoli e piccole apparecchiature (es. sveglie portatili), mentre elettrodomestici quali rasoi elettrici, aspira polveri portatili, spazzolini da denti elettrici hanno la necessità di usare accumulatori ricaricabili.

Nel campo dell’automotive  è necessario utilizzare sistemi che possono essere ricaricati o dal motore termico o dalle linee elettriche tradizionali (macchine a trazione completamente elettriche).

Gli accumulatori oggi utilizzati negli autoveicoli assolvono sostanzialmente due funzioni:

1)     accensione del motore termico e supporto all’impianto elettrico

2)     trazione del veicolo e supporto dell’impianto elettrico

Le batterie al Piombo (Pb), dalla tecnologia ben nota, sono tradizionalmente impiegate per le applicazioni di  tipo 1. Le applicazioni di tipo 2, introdotte più recentemente con lo sviluppo del mercato delle automobili a trazione ibrida o completamente elettrica, si basano su tecnologie quali i polimeri di Litio, i sistemi Nichel-Cadmio, il sistemi Ni-MH.

Le tipologie di batterie sono utilizzate in modo diverso, e diverse sono le loro caratteristiche ed i materiali con cui sono realizzate

Di seguito presentiamo un breve prospetto che fornisce il quadro delle loro caratteristiche e dei materiali con cui sono realizzate

Tipologia Batterie al Pb Batterie ai polimeri di Litio Batterie Ni-Cd Batterie Ni-MH
Utilizzo –        Accensione motore–        Alimentazione impianto elettrico (sistemi di supporto quali luci, motori elettrici, etc.) –        Trazione–        Alimentazione impianto elettrico (sistemi di supporto quali luci, motori elettrici, etc.) –        Trazione–        Alimentazione impianto elettrico (sistemi di supporto quali luci, motori elettrici, etc.) –        Trazione–        Alimentazione impianto elettrico (sistemi di supporto quali luci, motori elettrici, etc.)
Tempi di carica/scarica –        in condizioni operative normali il motore e la centralina gesticono i cicli di carico/scarico –        2-6 ore –        1 ora –        2-6 ore
Cicli di carica (correlato alla durata) –        200-300 –        300-500 –        1500 –        300-500
Densità di Energia –        30-50 Wh/kg –        100-130 Wh/kg –        48-80 Wh/kg –        60-120 Wh/kg
Tensione –        2 V –        3.7 V –        1.25 V –        1.25 V
Impatto ambientale –        Presenza di metalli pesanti, acido solforico incidono negativamente sull’impatto ambientale di questi sistemi –        Non hanno metalli pesanti quali il Pb, o tossici come il Cd. Questo rappresenta un vantaggio rispetto ad altre soluzioni –        Contengono il Cd, un elemento potenzialmente tossico –        Non hanno metalli pesanti quali il Pb, o tossici come il Cd. Questo rappresenta un vantaggio rispetto ad altre soluzioni

Limitandoci al caso più interessante dal punto di vista delle batterie, le automobili a trazione completamente elettrica, possiamo facilmente osservare come le batterie disponibili allo stato dell’arte impongono importanti limitazioni all’utenza.  In particolare,  si pensi alla eccessiva durata delle ricarica delle batterie (ore) rispetto al tempo necessario per fare il rifornimento alla pompa di benzina e all’autonomia delle auto elettriche, ancora relativamente limitata.

La richiesta di auto elettriche sempre più fruibili sta spingendo lo sviluppo di accumulatori innovativi sempre piu performanti.

Tuttavia, per superare i limiti delle batterie attualmente imposti dai materiali utilizzati per la realizzazione degli elettrodi sembra necessario ideare nuovi materiali per nuovi elettrodi con specifiche reazioni redox, piuttosto che contare su un pronunciato miglioramento dei sistemi attualmente a in uso, che difficilmente potranno soddisfare le performance richieste.