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Batteria “ad aria” da IBM PDF Stampa
Scritto da Rodigari Mario   

11 Giugno 2012

Una batteria “ad aria” con 800 km di autonomia

Un nuovo tipo di batteria al litio attualmente in fase di sviluppo potrebbe fornire l’alimentazione ad auto elettriche tanto da farle viaggiare per ben 800 chilometri prima di dover essere ricaricate, erogando circa 10 volte l’energia fornita dalle attuali batterie agli ioni litio. La prospettiva di una fonte di energia ad aria, che sia leggera e di lunga durata per la prossima generazione di veicoli è allettante, se solo qualcuno riuscisse a costruirne un prototipo. Il fatto è che ci sono diversi “posti di blocco” sulla strada verso queste batterie a litio-aria, soprattutto per quanto riguarda la ricerca di elettrodi ed elettroliti che siano sufficientemente stabili per la chimica della batteria ricaricabile.
L’IBM prevede di adottare batterie a litio-aria con la costruzione di un prototipo funzionante entro la fine del prossimo anno. Venerdì la società ha annunciato di aver intensificato gli sforzi per il loro sviluppo grazie al coinvolgimento di due società giapponesi – l’azienda chimica Asahi Kasei Corp e il produttore di elettroliti Central Glass – nell’IBM Battery 500 Project, un consorzio creato dalla IBM nel 2009 per accelerare il passaggio delle case automobilistiche e dei loro clienti a veicoli ad alimentazione elettrica.
Le batterie agli ioni litio utilizzate negli attuali veicoli elettrici si basano su un catodo in ossido metallico o fosfato di metallo (generalmente cobalto, manganese o materiali ferrosi) che funge da un elettrodo positivo, su un composto a base di carbonio come anodo, o elettrodo positivo, e su un elettrolita per condurre gli ioni litio da un elettrodo all’altro. Quando la macchina va, gli ioni litio fluiscono dall’anodo al catodo attraverso l’elettrolita e una membrana di separazione. La carica della batteria inverte la direzione del flusso di ioni.
Attualmente le più efficienti batterie agli ioni litio per auto possono alimentare un veicolo per soli 160 chilometri prima di esaurirsi. (La Nissan afferma che la sua Leaf, completamente elettrica, ha un’autonomia di circa 175 chilometri.) Veicoli elettrici molto reclamizzati come la Chevy Volt hanno un’autonomia ancora più limitata, di soli 80 chilometri, prima che il entri in funzione il suo motore a gas.
Le specifiche sull’operatività delle batterie a litio-aria sono ancora in fase di determinazione, ma il principio generale è che, invece di utilizzare ossidi di metalli pesanti, l’ossigeno viene prelevato dall’aria mentre il veicolo elettrico è in movimento. Le molecole di ossigeno reagiscono con gli ioni litio e gli elettroni sulla superficie di un catodo di carbonio poroso, formando perossido di litio. La formazione di perossido di litio durante la fase di scarica determina una corrente elettrica che alimenta il motore della vettura. Durante la carica avviene la reazione inversa, e l’ossigeno viene rilasciato di nuovo nell’atmosfera. L’anodo, inoltre, è fatto di litio, il metallo più leggero. Senza il ricorso a metalli pesanti, la batteria sarebbe diverse volte più leggera ma in grado di immagazzinare più energia rispetto alla cugina agli ioni litio.
Anche se tutto questo funziona bene in una simulazione al computer, le batterie a litio-aria hanno nella pratica esigenze specifiche, che gli scienziati stanno ancora cercando di soddisfare. “Abbiamo scoperto abbastanza presto durante lo sviluppo del progetto che gli elettroliti attualmente utilizzati nelle batterie agli ioni litio non funzionano nelle batterie a litio-aria, perché in queste l’ossigeno attacca la batteria e distrugge l’elettrolita”, rendendolo incapace di condurre una carica, dice Winfried Wilcke, ricercatore capo del Battery 500 Project. Una soluzione, aggiunge, sarebbe quella di utilizzare due elettroliti diversi, uno per il catodo e un secondo per l’anodo, con una membrana che ne eviti la miscelazione.
È a questo punto che la IBM cercato nuovi partner. La Asahi Kasei svilupperà una membrana che possa essere utilizzata nelle batterie per separare gli elettroliti pur permettendo agli ioni litio di passare dall’anodo ad catodo. La Central Glass svilupperà una nuova classe di elettroliti e di additivi ad alte prestazioni appositamente progettati per migliorare le prestazioni della batteria a litio-aria.
Un altro modo per valutare il potenziale delle batterie a litio-aria è quello di confrontarlo con altre batterie in termini di energia specifica, ossia di quanta energia produce in relazione alle sue dimensioni. Considerando che una tradizionale batteria al piombo per auto produce fino a 40 watt-ora per chilogrammo, una batteria agli ioni di litio arriva al massimo a 250 watt-ora per chilogrammo. Una batteria a litio-aria ha la potenzialità di superare di gran lunga i 1400 watt-ora per chilogrammo. “Il mio obiettivo sono 1000 watt-ora per chilogrammo, ma non avremo il numero reale relativo alla densità energetica fino a che non avremo costruito un prototipo più grande”, dice Wilcke.
Il Battery 500 Project non è l’unico in corsa per lo sviluppo di batterie a litio-aria. I ricercatori del Massachusetts Institute of Technology stanno sviluppando una batteria litio-aria con elettrodi in nanofibre di carbonio. E, Yangchuan Xing, professore associato di ingegneria chimica e biologica presso la Missouri University of Science and Technology, lo scorso anno ha ricevuto dalla Advanced Research Projects Agency–Energy (ARPA–E) un finanziamento di 1,2 milioni di dollari per sviluppare batterie a litio-aria.
Wilcke stima che le batterie a litio-aria possano essere pronte per la produzione non prima del 2020, “se non troviamo alcun intoppo tecnologico lungo la strada.” E aggiunge: “L’unica cosa di cui sono certo è che non accadrà in questo decennio.”

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e 2012
Desigo V5: Innovations from Siemens increase building efficiency
The Siemens Building Technologies Division has introduced version 5 of its Desigo building automation system. Its innovative products such as Total Room Automation as well as efficiency features, like RoomOptiControl and Eco Monitoring, give building operators and users an active role in energy management, leading to permanent reductions in energy and maintenance costs.
A state-of-the-art building automation system is always optimized for energy-efficient operation. However, these optimized settings may start to drift over time. One of the underlying causes is often a lack of transparency for users who simply don't know how the setpoint changes they make can impact energy consumption. This is particularly true for air-conditioned rooms which are also equipped with lighting and sun protection controls. The new version of Desigo keeps room users and building operators apprised of the building's efficiency status. Feedback to users is given using the innovative Green Leaf display, adapted to the expertise and control options of each user group. The system makes it possible to change settings if needed to restore optimal energy efficiency. A study by Technische Universität München (TUM) indicates that by actively involving operators and users in the energy management of a building, energy consumption can be reduced by up to 25% without affecting comfort.
Total Room Automation offers energy savings without reducing comfort
The open, programmable room automation range Desigo Total Room Automation (TRA) is a holistic solution encompassing the HVAC, lighting and shading disciplines. Desigo TRA uses an innovative efficience feature called RoomOptiControl. It automatically detects unnecessary energy consumption in the room and notifies users by changing the color of the Green Leaf icon on the QMX3 room control unit: If room operations are energy efficient, this icon is green. If settings made by a room user lead to unnecessary energy consumption, the icon turns red. To reset room control to energy efficient operation, the user simply presses the display and the Green Leaf icon returns to green.
Using BACnet/IP, PXC3 room automation stations—also part of the TRA package—are integrated seamlessly into the PX automation level with its primary systems (heating generators, HVAC main units and cooling generators). The primary systems are controlled directly through the demand signals from the rooms. This means that the primary systems are only turned on if needed and their operation is adjusted so it meets the room requirements without exceeding them. One room automation station can cover multiple rooms. TRA offers complete integration of KNX, DALI and EnOcean devices; existing or new sensors and actuators from Siemens can be incorporated as well.
Eco Monitoring to reduce energy consumption and wear
Eco Monitoring is another innovative efficiency feature of Desigo. It monitors ongoing operations of HVAC systems based on energy-related quality condition indicators such as readings from temperature, humidity and pressure sensors, runtime, switching behavior and operational performance of the systems. Should deviations from the target state, inefficient operations or increased energy consumption occur, the building operator is notified via the Green Leaf display on the Desigo Insight management station. Current and future international standards (such as EN 15323:2007) require such a feature in order to optimize building operations over the long term.
Desigo Eco Monitoring not only helps optimize energy consumption, it also reduces wear. Thanks to its dynamic behavior and timely reporting, the Eco Monitoring feature recognizes unfavorable system operations early on, allowing operators to intervene immediately before any negative impact occurs. If desired, operators can choose to be notified of unusual events via text messaging (SMS), fax or e-mail.
Expanded networking of the automation level
Starting with version 5, Desigo also offers expanded end-to-end networking of the automation level. Enhanced support for communications standards ensures efficient system integration. The PXC series of compact automation stations has a higher number of universal inputs/outputs, which makes them much more flexible. To protect existing investments, different device generations, such as PTM and TX I/O modules and RXC room controllers, can be used in parallel on the same PX automation station.

Ultimo aggiornamento Lunedì 11 Giugno 2012 21:01