Domande esame sviluppate Tecnologie elettriche innovative

BATTERIE INNOVATIVE

Non ho piu' metallo pesante all'anodo.

1) Nichel metil-idruro

Anodo: metallo in grado di adsorbire idrogeno MH Catodo: ossido trilavente di Nichel NiOOH Elettrolita: idrossido di potassio KOH in soluzione acquosa

Reazioni all'anodo:

• MH + OH^- ↔ H₂O + e^- + M

al catodo:

• NiO₂ + H₂O + e^- ↔ Ni(OH)₂ + OH^-

Globalmente:

• NiOOH + MH ↔ Ni(OH)₂ + M

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

2) Zinco aria

Reazione: Zn + H₂O + 1/2 O₂ ↔ Zn(OH)₂

• Non si incendiano, non producono acidi.
• Alta energia specifica (>200 Wh/kg).
• Pesano.
• Servono catalizzatori per favorire la reazione.
• No ricarica elettrica ma meccanica, cambiando l'anodo.
• No x automotive.

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 ÷ 350°C

Vantaggi:

• Abbondanza dei materiali costituenti gli elettrodi;
• Sicurezza.

Svantaggi:

• Separatore ceramico fragile, se si rompe provoca cortocircuito.

3.1) Na-S

V₀ = 2,08 V

Vfs = 1,82 V

Ragguie di C-S con bassi valori di corrente;

• Energia specifica ≈ 250 Wh/kg;
• No effetto memoria, no autoscarica;
• η = 89 ÷ 95 %.

Anodo:

• 2 Na ↔ 2 Na⁺ + 2e^-

Catodo:

• x S + 1e^- ↔ Sx^-2

2Na + x S → Na₂Sx   x=5:3

3.2) ZEbra (Zero emission battary research activites) o Na/NiCl₂

anodo: involucro alla corrente in acciaio rivestito di Ni catodo: cloruro di sodio e polvere di Nickel

Reazione all'anodo

• NaCl _⟶ Na⁺²e^-

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

• globale: NiCl₂ + 2Na _⟷ 2NaCl + Ni

Opera a 270-350°C e rimane inattiva oltre 2h la risaldata V = 2.58V, VFS = 4.19V, η = 90% energia specifica = 140 Wh/kg elettrolita: cloruro alluminio presenza del catolita NaCl: se il separatore si rompe il sodio al contatto col catolita fonna NaCl + Al = NO incendio alto n° cicli carica - scarica NO emissioni nocive

1) Batterie al litio

Ce ne sono vari tipi, in tutte lo specie portatore della carica è lo ione Litio Li⁺. Litio = elemento con potenziale (Più negativo -> accoppiato a un altro elemento ottengo una elevataddp (Molto reattivo -> spegnini accelerato una volto smoker vendicati con Hivo. Possiamo ae energie in volume o in peso e un alto numero Sopilodi uno accumulatore al litio.

Batterie al litio metallico

Anodo: litio metallico catodo: può essere un litpato (EV) elettrolita: (da solido che liquido)

Problemi: - ciclabillità bassa - F - in fase di scarica l'accrescimento del lid avviene sei siti preferenziale e minor resistenza - formazione del dendritipit che la creazione troppo pronsono foncase il separatore - corto circuito il manteno balance regione di carica - scarica

-> non adatte a applicazioni del poltema. Posso risolvere il problema delle dondriti con: ; sostituzione dell'elettrolita liquido con un polimero (batterie litio metallico polimeriche) e sostituendo il litio con materiali carboniosi e infiscaluzione di litio (batterie litio - ione).

Litio metallo polimeriche

(PEO) elettrolita: polimero contenente salo di litio -> buona conduttibilità ionica a Tasmpa t = Td. N 80°C - 90°C o uno adattivio x £entdustione la fase aumento fase Possibile usa x autorativo perche ho fonti di calbrate x = tenuere (maxdubbilità

Litio - Ione

Elettro: materiale ad intercalazione che possano accumulare e rilasciare Loans di litio in maniera (inreversibile. Reazioni di tipo post-react; Li⁺ Ions.puòanchialumance -> attaccato da un ellentodo che poi organisme d'll'att too) Jellitudod va di consevasc. ->-(no Problema accrescimento stretches wiellelüros deyn intercalazione pure serve y struct di Vander Waals)

Due alternative:

• sistema ibrido: motore elettrico alimentato da una cella a comb + una batteria dimensionata x funzionare quando c' richiesta coppia elevata + sistema di recupero di energia in frenata -> rendimento complessivo > 57% -> MCI
• sistema senza batteria

Mejijo e mezzi ke hanno passato stabilità cosi possono il punto di riferimento. Difficolta stoccaggio idrogeno ratio costo 150/kwh 1 molte unità; 100;200 flun poche

• Alimentazione ridotta; consegne silenziosi; potenze <100 kw e rispusuo da navilun, raffredd, xche' da prodotti di reaction e la viusberiva si automobili rs automobile

3) DMFC - direct methanol fuel cell

Elettroliti: alcalino (come AFC) o polimero (come PEM) elettrodi -> anodo -> supporto carbonioso x catalizzatore Pt - Ru

catodo -> film sottile supporto x Pt

• a: CH₃OH + H₂O -> O + + 6e- + CO₂
• c: 6H₄O + 6e- + 3/2 O₂ -> 3H₂O
• g: CH₃OH + 3/2 O₂ -> 2H₂O + CO₂

Vantaggi:

• efficienza che compete con batteria ioni di litio x microelettronica
• scariche durature ed istantanane con bomboletta di metanolo

Svantaggi:

• sviluppa poco idrogeno perche la T per il reforming
• innalzata del metanolo a circa 300° C -> rendimento tot basso

- Celle a media & alta T

1) PAFC - phosphoric acid fuel cell

Elettrolita -> soluzione concentrata di acido fosforico in una matrice di carbonio di silicio

Elettrodi - supporto con titani di gismo grafite che fa da supporto a uno stato di catalizzatore formato da carburo + PTFE + Pt (poco pt)

• a: H₂ -> 2H+ + 2e-
• c: 1/2 O₂ 2 H+ + 2e- -> H₂O + calore
• g: 1/2 O₂ + H₂ -> H₂O + calore

Vantaggi:

• > 77 per pochi pens a T al (170°;220°C)
• toleranza compatta alla CO₂
• toleranza migliore alla CO
• alta T -> CHP (rendim, ottogenativo 65%)
• Riumuomenta in pressione + dispendio e complicazione x pompe
• nuove

Svantaggi:

• drogaggio elettrolita -> calo di pot 2% annuo
• una parte di calore trasciacato dal vapore in uscita
• acietta merantubo a 7,75 °C perché a 2,14 °C solidifisca
• no automobile
• costi elevati -> 1500 - 2000 €/KW