Domande esame sviluppate Tecnologie elettriche innovative

Batterie innovative

Non ho più metallo pesante all'anodo.

1) Nichel metal-idrato

Anodo: metallo in grado di assorbire idrogeno MH

Catodo: ossido trivalente di Nichel NiOOH

Elettrolita: idrossido di potassio KOH in soluzione acquosa

Reazioni

All'anodo: MH + OH^- ⇌ H₂O + ^e/_c + M

Al catodo: Ni(OH)₂ + H₂O + ^e/_c ⇌ Ni(OH)₂ + OH^-

Globale: NiOOH + M ⇌ Ni(OH)₂ + M

• Densità di energia aumenta fino al 40%.
• Non c'è più anodo di Cadmio che era tossico e pesante.
• Alta ciclicità (2000-3000).
• Alto costo dell'anodo.
• Tendenza all'autoscarica.
• Soffrono dell’effetto memoria (anche se in modo minore).

2) Zinco aria

Anodo: zinco

Catodo: aria (non presente fisicamente), di solito il supporto è una struttura porosa del carbonio

Elettrolita: KOH in soluzione o membrana porosa saturata da KOH

Reazione: Zn + H₂O + 1/2 O₂ ⇌ Zn(OH)₂

• Non si incendiano, non producono acidi.
• Alta energia specifica (≥ 200 Wh/kg).
• Prezzo.
• Servono catalizzatori per favorire la reazione.
• No ricarica elettrica ma meccanica, cambio dell'anodo.

3) Tecnologie del sodio

Anodo: sodio Na

Elettrolita: ceramico, β-allumina la cui conduzione ionica aumenta all'aumentare della temperatura ➔ lavora fra i 280°C e 350°C

Vantaggi:

• Abbandona dei materiali costituenti gli elettrodi.
• Capienza.

Svantaggio:

• Separatore ceramico fragile, se si rompe provoca cortocircuito.

3.1) Na-S

V₀ = 2,08 V

V_fs = 1,82 V

• Regime di C-S con bassi valori di corrente.
• Energia specifica ≈ 250 Wh/kg.
• No effetto memoria, no autoscarica.

M = 89 + 95.5

Anodo: 2 Na ⇌ 2 Na⁺ + 2e^-

Catodo: S + 2e^- ⇌ S^x2-

2 Na + S ⇌ Na₂S_x: x = 5:3

Batterie innovative

Non ho più metalli pesanti all'anodo.

1) Nichel metal-idruro

Anodo: metallo in grado di assorbire idrogeno MH

Catodo: ossido trivalente di nichel NiOOH

Elettrolita: idrossido di potassio KOH in soluzione acquosa

Reazioni

All'anodo: MH + OH⁻ → M + H₂O + e⁻

Al catodo: NiOOH + H₂O + e⁻ → Ni(OH)₂ + OH⁻

Globale: NiOH + MH ↔ Ni(OH)₂ + M

• Densità di energia aumenta fino al 40%.
• Non c'è più anodo di Cadmio che era tossico e pesante.
• Alta ciclabilità.
• Alto costo dell'anodo.
• Tendenza all'autoscarica.
• Soffrono dell'effetto memoria (anche se in modo minore).

2) Zinco aria

Anodo: zinco

Catodo: aria (non presente fisicamente), di solito il supporto è una struttura porosa del carbonio

Elettrolita: KOH in soluzione o membrana porosa saturata da KOH

Reazione: Zn + H₂O + 1/2 O₂ → Zn(OH)₂

• Non si incendiano, non producono acidi.
• Alta energia specifica (700 Wh/kg).
• Sensori catalettoriali per favorire la reazione.
• No ricarica elettrica ma meccanica, cambio dell’anodo.
• No per automotive.

3) Tecnologie del sodio

Anodo: sodio Na

Elettrolita: ceramico, B-allumina la cui conduzione ionica aumenta all’aumentare della temperatura → lavora fra i 280 °C e 350 °C

Vantaggi:

• Abbandona dei materiali costituenti gli elettrodi.

Svantaggi:

• Separatore ceramico fragile, se si rompe provoca cortocircuito.

3.1) Na-S

V₀ = 2,08 V

Vfs = 1,82 V

• Necessita di C-S con bassi valori di corrente.
• Energia specifica ~250 Wh/kg.
• No effetto memoria, no autoscarica.

M = 89-95%

2.2) ZEBRA (zero emission battery research activities) o Na/NiCl₂

Anodo: involucro alu, contiene un acciaio rivestito di Ni

Catodo: cloruro di sodio e polvere di Nichel

Reazioni all'anodo: 2Na ⇌ 2Na⁺ + 2e^-

Al catodo: NiCl₂ + 2Na⁺ + 2e^- ⇌ 2NaCl + Ni

Globale: NiCl₂ + 2Na ⇌ 2NaCl + Ni

Opera a ~270°C. Se rimane inattiva oltre 24h va riscaldata.

E° = 2,58V, V_es = 1,9V, η = 90%. Cicli di 1000 con velocità di scarica novembre.

• Energia specifica ~140 Wh/kg.
• Non ha effetto memoria.
• Presenza del catolita NaAlCl₄: se il separatore si rompe il sodio a contatto col catolita forma NaCl + Al ⇀ no incendio.
• Alto n° cicli carica-scarica.
• No emissioni nocive.

4) Batterie al litio

Ce ne sono vari tipi, in tutte lo ione portatore della carica è lo ione litio