Silvia Bodoardo Dip. Scienza dei Materiali e Ing. Chimica -
Politecnico di Torino [email protected] Lingotto
31-1-11
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La propulsione oggi principalmente legata ai combustibili
fossili, regalo della natura. Diverse problematiche: i costi di
estrazione stanno aumentando in un prossimo futuro rimarranno pozzi
non esauriti solo in particolari zone della terra (medio oriente)
con pericolose conseguenze politiche. Picchi di estrazione di
petrolio e gas Petrolio facile Petrolio difficile 2
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Estrarre petrolio oggi difficile e costoso 3
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E irrinunciabile ridurre la produzione di CO 2 e degli altri
inquinanti. Gli effetti sul clima sono ben noti 4
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5 energia X Nel futuro, ma gi oggi abbiamo due grandi sfide: 1.
Cercare nuove fonti di energia: sole, vento Queste sono per fonti
discontinue
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6 energia Sistema di accumulo: batteria 2. Accumulare energia
da utilizzare quando e dove richiesto Lo stadio di produzione della
energia elettrica viene separato dallo stadio di utilizzazione
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8 City car Pininfarina B0 in collaborazione con Bollor,
"esperta" in batterie ai polimeri di litio. Da 0 a 50 km/h in 4,9
secondi; 130 km/h di velocit massima. In pi un'autonomia di 250
km.
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Emas Ital Design Giugiaro batteria Oggi il componente del
veicolo elettrico che ne limita le prestazioni la batteria
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ierioggi domani Fuel Cell
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I sistemi Li-ione sono sicuramente preferibili per le maggiori
densit di energia principalmente legate al basso peso dei
materiali.
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*Z.E.B.R.A. un acronimo inglese che significa: Zero Emission
Battery Research Activities. al piombo VRLA Ni/CdNi/MH a ioni litio
ZEBRA* tensione (V)2.01.2 3.72,35 en. spec. (Wh/kg)355090165143
densit di en. (Wh/L)80170330 325 costo
unitariobassomoderatoaccettabilealtoaccettabile numero di
cicli200600 - 1000300-50010003000 Costs /kWh 130 620 650 475
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Dai MATERIALI che quindi devono essere: materiali a basso costo
disponibili in grandi quantit non inquinanti processi industriali a
bassa tecnologia alto livello di sicurezza Al Politecnico di Torino
abbiamo concentrato la ricerca su questi temi e siamo pronti a
passare dal livello di laboratorio al livello pre-industriale Dalla
costruzione della cella e dallassem- blaggio delle celle che deve
essere STANDARDIZZATO Dal meccanismo di controllo della TEMPERATURA
dellaccumulatore a bordo veicolo Dalla strumentazione di controllo
del funzionamento della batteria
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15 anodocatodo I costi e le caratteristiche della batteria sono
principalmente legati ai materiali utilizzati
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16 Anode MaterialAverage VoltageGravimetric CapacityGravimetric
Energy Graphite (LiC 6 )0.1-0.2 V372 mAh/g 0.0372-0.0744 kWh/kg kWh
Titanate (Li 4 Ti 5 O 12 )1-2 V160 mAh/g0.16-0.32 kWh/kg Si (Li 4.4
Si)0.5-1 V4212 mAh/g2.106-4.212 kWh/kg Ge (Li 4.4 Ge)0.7-1.2 V1624
mAh/g1.137-1.949 kWh/kg Il materiale deve: - essere a basso impatto
ambientale - avere elevata capacit specifica - lavorare a bassa
tensione - essere stabile termicamente e da un punto di vista
volumico - essere caricabile velocemente - fornire unalta densit di
energia durante la scarica - costare poco anodocatodo
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18 Il materiale deve: - essere a basso impatto ambientale -
avere elevata capacit specifica - lavorare ad alta tensione -
essere stabile termicamente - essere caricabile velocemente -
fornire unalta densit di energia durante la scarica - costare poco
anodocatodo
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LiFePO 4 /C Charge 1C LiFePO 4 /C : risultati importanti a
regimi di scarica e ricarica ultraveloci. Materiale a basso impatto
ambientale, intrinsicamente sicuro, a basso costo, sintesi semplice
e veloce IN FASE DI BREVETTAZIONE Pronto per la produzione
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20 Comunemente si tratta di Sali di litio disciolti in solventi
organici Tutti solventi organici. Infiammabili! CELLE LITIO
POLIMERO CELLE LITIO POLIMERO: E ancora una cella a ioni di litio
Elettrolita costituito da una membrana polimerica a conduzione di
Li + la cella con elettrolita polimerico presenta: - Migliore
affidabilit - Costo minore - Processo di fabbricazione semplificato
- Forma adattabile alle necessit - Cella sottile e flessibile -
Migliori propriet meccaniche - Pi stabile cio pi sicuro - - - - - -
- - - - Li + anodocatodo
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Gli elettroliti polimerici sono pi sicuri di quelli liquidi
soprattutto per la fase di ricarica della batteria. Abbiamo messo a
punto dei materiali con ottime caratteristiche elettrochimiche,
facili da produrre anche direttamente sugli elettrodi per
migliorare il contatto tra elettrodo ed elettrolita.
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Batteria Litio zolfo
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Sistema Litio-aria Finanziamento MIUR PRIN2008 24 Lithium based
cell 190 Wh/kg cell Gasoline/air heat of combustion (30% eff) 4000
Wh/kg Li - OX Specific energy : 11000 Wh/(kg am) 3500 Wh/(kg cell)
Li - OX Specific energy : 2800 Wh/(kg cell) energy
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EU Community Project acronym: SMART-EC MSE Industria 2015
Progetto ALADIN MIUR PRIN 2008 progetto su Litio-aria Regione
Piemonte: Progetto C116 Other investors : 25 electrochemistry
people e tutti voi per la cortese attenzione
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Innovative, low cost and environmentally friendly preparation,
structural- morphological characterization and electrochemical
testing of new electrode materials and electrolytes for both Li-ion
batteries and Fuel Cells. New catalysts & catalyst supports
(Pt-supported mesoporous carbons, Pt-Co alloys) Nanostructured
cathodes (LiFePO 4, FePO 4, Vanadates, LiMn 2 O 4 ) by different
synthetic methods: solid-state, sol-gel and mild template assisted
hydrothermal synthesis. Nanostructured anodes (Ni-Sn, NiCu-Sn, NiSi
alloys) by mechanical activation (ball-milling). Solid and
gel-polymer electrolytes (methacrylic- / siloxane-based, ionic
liquids). Actual main research lines Fuel Cells Li-ion cells New
projects Li-air batteries (national funding) Electrochromic
materials (European funding) 28
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Alte prestazioni Sicurezza Affidabilit Materiali a basso costo
Produzione semplice e poco costosa Grandi quantit Ecocompatibilit
Alto valore di energia/potenza specifica Alto valore di densit di
energia/potenza ELETTRODI Materiali nanostrutturati: La superficie
specifica viene aumentata Permette alle reazioni di avvenire a
livello nanometrico in modo pi efficiente. ELETTROLITA Materiale
polimerico: conduttore di ioni litio flessibile Facilmente
formabile Stabile Basso costo di produzione
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CONSUMO GIORNALIERO DI PETROLIO IN U. S. A. PER IL TRASPORTO
(previsioni DOE) Milioni di barili al giorno Steven G. Chalk a,
James F. Miller b, Journal of Power Sources 159 (2006) 738 0
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Milioni di barili al giorno Steven G. Chalk a, James F. Miller
b, Journal of Power Sources 159 (2006) 738 0 CONSUMO GIORNALIERO DI
PETROLIO IN U. S. A. PER IL TRASPORTO (previsioni DOE)
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Steven G. Chalk a, James F. Miller b, Journal of Power Sources
159 (2006) 738 0 Milioni di barili al giorno VEICOLO ELETTRICO
PURO
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LA BATTERIA A IONI DI LITIO Composti di LITIO PRODUZIONE
Materiali (livello componenti) Assemblaggio e gestione (livello
cella)