Silvia Bodoardo Dip. Scienza dei Materiali e Ing. Chimica - Politecnico di Torino...

Silvia BodoardoDip. Scienza dei Materiali e Ing. Chimica - Politecnico di Torino

silvia.bodoardo@polito.it

Torino Polito 3-6-10

La propulsione oggi è 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”

•Questioni aperte: energia•Sistemi a propulsione elettrica•Quali e quante batterie•La batteria al piombo•La batteria al litio•Celle a ioni di litio•Celle litio-polimero•Questioni aperte: futuro della batteria

Estrarre petrolio oggi è difficile e costoso3/22

E’ irrinunciabile ridurre la produzione di CO2 e degli altri inquinanti

energiaX

Nel futuro, ma già oggi abbiamo due grandi sfide:

1. Cercare nuove fonti di energia: sole, vento…

Queste sono però fonti discontinueQueste sono però fonti discontinue

energiaenergia

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

City car Pininfarina B0 in collaborazione con Bolloré, "esperta" in batterie ai polimeri di litio.ibrida (motore elettrico più quello a scoppio)Da 0 a 50 km/h in 4,9 secondi; 130 km/h di velocità massima. In più un'autonomia di 250 km.

Emas Ital Design GiugiaroOggi il componente del veicolo elettrico che ne

limita le prestazioni è la batteria batteria

Scaricaalla piastra +: PbO2(s)+4 H+

(aq)+SO2-4(aq)+2 e- PbSO4(s)+H2O

catodoalla piastra -: Pb(s) + SO2-

4 (aq) PbSO4(s) + 2 e-

Carica: la + diventa anodo e la - diventa catodo

Sovraccarica: + 2H2O(l) O2(g)+ 4H+(aq)+ 4 e-;

- 4H(aq)++ 4e- 2H2(g)

Sicure

ieri oggi domani

Fuel Cell

I sistemi Li-ione sono sicuramente preferibili per le maggiori densità di energia principalmente legate al basso peso dei materiali.

Catodo Anodo

elettrolita

Catodo : LiMn2O4 spinello LiCoO2 cobaltite

Anodo : foglio di Li metallico

LiM+nOx M+(n+1)Ox + Li+ + ecarica

Ossidazione del metallo che aumenta il suo nox

Li+ + e Li

sistema semplice e poco costoso possibilità di alte correnti reattività del litio, problemi di sicurezza. “shape changing” in ricarica durante la rideposizione del litio. eccessivo uso di litio.

CatodoLi

Corto circuito

Strato passivatoLitio metallico

Litio “morto”

rideposizione16/22

Li+Li+

Li+ Li+

Li+Li+

Li+ Li+

Generator(Charge)

Graphite anode

Cathode

Rocking chair mechanism

Cella Litio - ioneCella Litio - ioneCATODO:Composti ad intercalazioneSpesso ossidi poco conduttivi

Lavora solo parzialmente: necessità di elevata area superficiale

Materiali nanometrici e/o porosi

Limite intrinseco del materiale:Scarsa conducibilità elettronica

Aggiunta di carbonio

Per aumentare la conducibilità elettronica

Catodo

SeparatoreCon elettrolita liquido

sistema leggermente più complesso

maggiore sicurezza maggiore affidabilità con nuovi materiali basso costo minimo consumo di litio

E’ ancora una cella a ioni di litioElettrolita è costituito da una membrana polimerica a conduzione di Li+

Migliore affidabilità Costo minore Processo di fabbricazione semplificato Forma adattabile alle necessità Cella sottile e flessibile Migliori proprietà meccaniche Più stabile cioè più sicuro

C a to d o

Me m b ra n ae le ttro litica

An o d od i litio

Me m b ra n ae le ttro litica

- - - - -

Li+Li+Li+

•Dai MATERIALI che quindi devono essere: materiali a basso costo disponibili in grandi quantità 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 dall’assem-blaggio delle celle che deve essere STANDARDIZZATO

•Dal meccanismo di controllo della TEMPERATURA dell’accumulatore a bordo veicolo

•Dalla strumentazione di controllo del funzionamento della batteria

Electrochemistry group at the Politecnico di TorinoElectrochemistry group at the Politecnico di Torino

Department of Material Science and Chemical EngineeringDepartment of Material Science and Chemical Engineering

Paolo Spinelli – Full ProfessorNerino Penazzi – Associate ProfessorSilvia Bodoardo – Assistant ProfessorCarlotta Francia – Assistant ProfessorClaudio Gerbaldi – ResearcherGiuseppina Meligrana – TechnicianJijeesh Ravi Nair – PostDoc felloshipFrancesca Di Lupo – Ph.D studentMatteo Destro – Ph.D student Quiquing Chen – Ph.D student VjayKumar Ijery – Visiting professorNadia Garino – PostDoc fellowshipAneta Dumitrescu – PostDoc fellowshipSimone Zanarini – PostDoc fellowshipAnnalisa Chiappone - Ph.D student Lara Jabbour - Ph.D student

al piombo VRLA

Ni/Cd Ni/MH litio

tensione (V) 2.0 1.2 1.2 3.7

energia specifica (Wh/kg) 35 50 90 165

densità di energia (Wh/L) 80 170 330 330

densità di potenza (W/kg) 200 >300

costo unitario basso moderato accettabile alto

numero di cicli 200 600 - 1000 500-700 1000

Elettrochimica applicazioni Silvia Bodoardo

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Dipartimento di Energetica - POLITO IEFE - Milano 13 marzo 2009 1 Evasio Lavagno Dipartimento di Energetica, Politecnico di Torino Corso Duca degli Abruzzi

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Politecnico di Torino - kth.se...Politecnico di Torino Why POLITO? I have always been fascinated in Italy and it’s laid back culture. One of the main reasons for doing your exchange

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