Batterie zinco-aria per auto elettriche, che cosa sono e come funzionano

BATTERIE ZINCO-ARIA PER AUTO ELETTRICHE – Il futuro della mobilità parlerà elettrico, ormai tutti gli attori automotive remano in questa direzione. Ma le auto cosiddette a zero emissioni hanno un problema strutturale di fondo relativo all’autonomia. La partita sulle auto elettriche si sta giocando proprio sull’annoso problema dell’autonomia, per permettere agli automobilisti di percorrere molti chilometri con un pieno di energia, come si fa normalmente con il serbatoio colmo di benzina o gasolio. Le batterie inevitabilmente sono al centro dei progetti delle auto elettriche.

Batterie per auto elettriche ioni di litio

Attualmente le batterie agli ioni di litio sono la principale tecnologia utilizzata per alimentare le auto elettriche e nel tempo sono migliorare parecchio, con un progressivo aumento dell’autonomia di marcia per il veicolo.

Le batterie a litio anno tanti punti di forza ma altrettante criticità. La prima è relativa al costo altissimo del litio che è un materiale raro e difficile da estrarre, la seconda riguarda la sicurezza in caso di incidente, che potrebbe portare ad un incendio.

Batterie a zinco aria

Proprio a causa di queste criticità si guarda anche ad altre forme di accumulo di energia meno dispendiose, come ad esempio le batterie a zinco aria. Ad inizio ottobre l’imprenditore miliardario Patrick Soon-Shiong, ha sviluppato, attraverso la sua società NantEnergy, una batteria ricaricabile zinco-aria. Il test si è svolto in villaggi dell’Asia e Africa dove non c’era proprio elettricità dove venivano utilizzati dei generatori. Nel test è stato riscontrato soprattutto il minor costo delle batterie zinco-aria, ovvero di 100 dollari per kW/h rispetto ai quasi 400 dollari kW/h delle batterie aglio ioni di litio.

I test sono stati fatti anche negli Stati Uniti e nel Sud-Est Asiatico, dove le batterie zinco-aria sono state istallate per alimentare 1000 torri di comunicazione. Una di queste ha resistito anche agli effetti dell’uragano Florence ed a quello del 2017 Irma. Inoltre, non presentando un pericolo incendio, non hanno bisogno di sistemi di raffreddamento esterni per il surriscaldamento.

Batterie zinco-aria per auto elettriche

Le batterie zinco-aria possono essere utilizzate anche alimentare le auto elettriche, autobus, treni e scooter. NantEnergy, che ha sede in California presso El Segundo, sta pensando di esportare questa tecnologia nel mondo dell’automotive. Questo tipo di batteria costruita da NantEnergy, dalle dimensioni di una valigetta, è costituita da involucro esterno in plastica, un circuito stampato e ossido di zinco.

La pila zinco-aria (o accumulatore zinco-aria) è una batteria ricaricabile che utilizza un catodo a ossigeno atmosferico (che riceve elettroni, riducendosi) e un anodo di zinco (che cede elettroni, ossidandosi); analogamente alle altre pile, il movimento di elettroni genera una differenza di potenziale e quindi una tensione elettrica che può servire per alimentare vari tipi di circuiti elettrici.

Batterie zinco-aria come funzionano?

Ma come funzionano le batterie zinco-aria? Questo tipo di accumulatori appartengono alla categoria delle celle a combustibile, dove lo zinco è il combustibile e l’ossigeno è il comburente. Quando le superfici degli elettrodi di zinco metallico si sono ossidate (diventando ossido di zinco), la batteria può considerarsi “scarica”. La batteria non può essere ricaricata dall’utente, ma deve essere sostituita “al volo” da un altro pacchetto di queste batterie nuove. Il vecchio pacchetto viene “ricaricato” a parte (in realtà il diossido di zinco viene “rigenerato”, cioè con una procedura elettrochimica viene ridotto a zinco metallico) nell’industria o nella stazione di servizio automatizzata che si occuperà di questo ciclo industriale.

Un chilogrammo di batteria zinco-aria fornisce circa 110-200 wattora; questo è pari a circa 6,8-10,2 volte la densità energetica di un comune accumulatore piombo-acido (il più utilizzato nelle automobili). In teoria, in seguito a perfezionamenti tecnologici si potrebbe arrivare a densità energetiche fino a 1000 Wh/kg.

Per aumentare le prestazioni delle batterie zinco-aria si può utilizzare l’idrogeno. Infatti le alte pressioni di ossigeno, la presenza di ozono e l’alta temperatura sembrano aumentare le prestazioni, sia di picco di potenza che di capacità di erogazione totale di potenza. In questo caso, aggiungendo al sistema della batteria zinco-aria un misuratore-dosatore dell’afflusso di ossigeno con la possibilità di arricchire la miscela prelevandolo da una bombola, si potrebbe ottenere una specie di sovralimentazione della pila zinco-aria.

Batterie zinco-aria su un furgone Mercedes

Le batterie zinco-aria non sono una novità nel mondo dei motori. Già nel 1999 è stata montata sul furgone Mercedes MB-410, il quale è stato in grado di superare il tratto alpino dell’autostrada tra Torino e Lione, garantendo un’autonomia di circa 500 km.

Batterie zinco-aria per auto elettriche PRO

Le batterie zinco-aria hanno dei pro rispetto agli altri accumulatori di energia. Ad esempio, rispetto alle tradizionali batterie per auto elettriche agli ioni di litio, si hanno enormi vantaggi nella durata (soprattutto ad alte temperature) e soprattutto nella sicurezza (non hanno alcuna tendenza ad incendiarsi se danneggiate). Quest’ultimo aspetto è molto importante nell’impiego automobilistico.

La velocità di combustione dello zinco dipende principalmente dalla pressione atmosferica e dalla percentuale di ossigeno atmosferico (19 % costante), dalla temperatura, dall’umidità e dal tasso di ossidazione della batteria. Rispetto agli accumulatori piombo-acido solforico, ha il vantaggio di non liberare acidi ustionanti se la batteria venisse incautamente aperta o danneggiata in uno scontro.

Batterie zinco-aria per auto elettriche CONTRO

Dopo aver visto i pro ora vediamo il rovescio della medaglia, ovvero i contro delle batterie zinco-aria. Questo tipo di accumulatori risentono molto della bassa temperatura e dell’umidità e dell’inquinamento, che portano ad una riduzione della reattività dell’ossigeno atmosferico. In condizioni ideali, come luoghi caldi e desertici, si nota un aumento della potenza massima e dell’autonomia del veicolo. Esattamente il contrario avviene ad alta quota (dove cala la pressione parziale dell’ossigeno) ed in climi freddi ed umidi, come in caso di pioggia, che vedono ridursi sia la potenza massima che l’autonomia del veicolo.

Un altro fattore a sfavore che non è possibile ricaricare queste batterie in casa, né tantomeno impiegarle nel recupero dell’energia di frenata (circa il 15%), o collegarle ad un generatore alimentato da un motore a combustione interna, oppure ricaricarle con celle solari sulla carrozzeria, ecc. Associandole ad altri tipi di batteria, si potrebbe ricuperare una parte dell’energia frenante o quella solare incidente tramite celle foto-voltaiche.

Cosa ne pensi?
PARTECIPA alla DISCUSSIONE accumulatori zinco-aria