La propulsione elettrica del futuro








autoelettrLa propulsione elettrica

E’ da più di un secolo, che si propongono alternative elettriche più o meno vantaggiose ai tradizionali motori a combustione interna per la mobilità civile, pubblica ed industriale.

Purtroppo però…
– nonostante gli evidenti ed innegabili vantaggi di efficienza, semplificazione meccanica e affidabilità funzionale dei veicoli integralmente elettrici
– nonostante l’interesse degli Stati verso nuovi sistemi di mobilità
– nonostante la tecnologia abbia proposto infinite soluzioni
– nonostante i sistemi di accumulo (batterie) si siano molto evoluti ed alleggeriti
– nonostante siano migliorate le autonomie chilometriche e le potenze sviluppate

… non si sono mai raggiunti dei risultati ambìti dall’utenza consumer, che è solitamente poco disposta ad accettare compromessi e limiti imposti dai sistemi di accumulo esistenti fino ad ora (scarsa autonomia chilometrica, costi più elevati di acquisto, difficoltà nei rifornimenti).

Il vero problema che ha frenato la diffusione dei mezzi elettrici dedicati al trasporto civile è principalmente il grande limite sul rifornimento; una ricarica è sempre stata troppo complicata e troppo lenta (anche pericolosa se si cerca di velocizzarla).
– Non è possibile aspettarsi che un cittadino possa disporre di un garage o di un posto auto riservato con presa elettrica per la ricarica del proprio mezzo.
– Non è neanche possibile aspettarsi che un trasportatore di lunga percorrenza debba attendere 10 ore per ricaricare il proprio camion in una stazione di servizio lungo il tragitto.
– Non si può neanche accettare che un mezzo, rimasto senza energia (cioè totalmente scarico), debba essere trainato fino ad una punto di rifornimento per poterlo far ripartire.
– L’alternativa infine degli automezzi ibridi non risolve il problema, semmai lo complica sotto altri punti di vista; perché l’impiego di motori di due tipologie (sia termici che elettrici) riduce solo di poco le emmissioni e ne migliora solo di poco le efficienze.

Ora però c’è una soluzione

Oggi, con le nuove tecnologie a cella di flusso, si iniziano ad intravedere spiragli promettenti sulla concreta possibilità di sostituire con un mezzo elettrico quello tradizionale sotto ogni punto di vista.
Vi è oggi la possibilità di poter disporre di una fonte energetica elettrica con ricarica illimitata in forma liquida (il vero problema dei mezzi elettrici era proprio la difficoltà di accumulare l’energia).
Oggi parliamo di un liquido energetico facilmente accumulabile, trasportabile, non infiammabile, non inquinante, non pericoloso che potrà alimentare e farà funzionare la nostra auto per tutto il tempo che si vuole.

Il confronto con gli automezzi a propulsione termica diverrà finalmente vantaggioso per vari innegabili vantaggi:

– emissioni praticamente nulle
– affidabilità meccanica elevatissima
– manutenzione praticamente assente
– maggiore semplificazione tecnica e minori guasti
– altissima efficienza e basse perdite termiche
– autonomia elevatissima (tramite accumulo in serbatoi)
– costi ridotti dei mezzi (componenti più semplici e più facilmente realizzabili)
– alta velocità di rifornimento
– lunga durata delle batterie
– liquido energetico non infiammabile, non tossico e non inquinante
– possibilità di recupero di energia in frenata e in decelerazione
– rumorosità ridotta e praticamente nulla

La cella di flusso

battflussoUna batteria di flusso è un tipo di batteria ricaricabile, i cui elettroliti liquidi, contenenti varie sostanze elettroattive disciolte, fluiscono attraverso una cella elettrochimica che converte l’energia chimica in energia elettrica.
A differenza di una cella a combustibile, gli elettroliti vengono accumulati esternamente e pompati attraverso le celle del reattore.
Le batterie di flusso possono essere quindi ricaricate rapidamente mediante sostituzione completa o parziale dell’elettrolita e simultaneamente si recupera il liquido esausto per poter essere rigenerato successivamente.

Quindi, semplificando, una batteria di flusso la si può definire come una speciale batteria ricaricabile in cui la gestione dei fluidi elettroattivi e dei reagenti, permettono di impostare a piacimento i parametri elettrici. Inoltre, tenendo i reagenti stoccati all’esterno del reattore, si possono evitare i noti fenomeni di autoscarica e di usura tipici nei sistemi di batterie comunemente conosciute.

La storia

Il principio della batteria di flusso è stato studiato da Pissoort, da ricercatori della NASA e da Pellegri e Spaziante, ma la prima dimostrazione riuscita ed il primo sviluppo commerciale del reattore si devono a Maria Skyllas-Kazacos e suoi collaboratori all’Università del Nuovo Galles del Sud (in Australia) nel 1980

Nel 1986 viene presentata la batteria redox (reduction-oxidation) al vanadio con elettroliti ad acido solforico che fu brevettata dalla stessa Università Australiana.
Si tratta di un tipo di batteria di flusso ricaricabile che utilizza coppie redox di vanadio in entrambe le semicelle, in modo da eliminare problemi di contaminazione dovuti alla diffusione di ioni attraverso la membrana.
La batteria redox al vanadio sfrutta la capacità del vanadio di esistere in soluzione in quattro diversi stati di ossidazione; in questo modo si può fare una batteria con un solo elemento elettroattivo anziché due.
Il vantaggio principale che offre tale batteria è che si può ottenere una capacità pressoché illimitata semplicemente usando serbatoi di rigenero e la si può lasciare completamente scarica anche per lunghi periodi senza effetti negativi sul dispositivo; il sistema è immune anche da danneggiamenti funzionali infatti se per errore, i due elettroliti vengano accidentalmente mescolati non si creerebbe alcun danno.
Per la ricarica basta sostituire l’elettrolita (se non dovesse essere disponibile altra fonte di energia).
Gli svantaggi principali di questa tecnologia sono un basso rapporto energia/volume (paragonabili ai tradizionali accumulatori al piombo) ed una complessità un po’ maggiore rispetto ai classici accumulatori.

Un più recente ed interessante risultato di queste ricerche è oggi la Batteria di flusso semi-solido nanoFlowcell® dove gli elettroliti negativi e positivi sono disciolti come particelle in un unico liquido ecologico e sicuro.
Le prestazioni in questo dispositivo sono molto più interessanti e paragonabili ai più moderni accumulatori agli ioni di litio, ma anche nettamente più sicuri, più convenienti e compatibili con l’ambiente.
Altri grandi vantaggi sono:
– ciclo di vita molto lungo
– nessuna necessità di livellamento della carica
– emissioni nocive totalmente assenti
– bassa (o nulla) manutenzione
– alta tolleranza al sovraccarico e/o sovrascarico.

quantfeIl primo produttore d’auto utilizzante queste celle come fonte energetica è la Quant dove la e-Sportlimousine ha ottenuto nel luglio 2014 la certificazione per circolare sulle strade pubbliche europee.

Sono succeduti, di conseguenza, anche altri prototipi tra cui le più moderne vetture QUANTiNO QUANT FE QUANT E.

In ogni caso il futuro per questa tecnologia sembra promettente e roseo, soprattutto per le batterie, si prevedono molte interessanti applicazioni:

– batterie tampone in impianti di generazione eolica e solare
– sistemi di generazione a stato solido ad alte prestazioni su zone non servite dalla rete
– sistemi sostitutivi, silenziosi e più efficienti di impianti di cogenerazione elettrica
– sistemi di accumulo e di immagazzinamento energetico
– batterie ricaricabili e rigenerabili per dispositivi tecnologici e portatili (tipo smartphone e notebook)

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