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POWER
BATTERIE
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- ELETTRONICA OGGI 444 - APRILE 2015
fene e il catodo di fosfato di ferro e litio. Questa scelta è il
risultato di lunghe sperimentazioni e ha permesso di ottene-
re una densità di energia nelle batterie di 190 Wh/kg sensi-
bilmente maggiore degli attuali valori tipici di 120-150 Wh/
kg e con una capacità specifica fino a 165 mAh/g (contro
gli attuali 150 medi). Questi valori si accompagnano a una
stabilità di prestazioni per almeno 80 cicli di scarica e rica-
rica. Determinante è stato lo sviluppo della tecnica a getto
d’inchiostro per la deposizione degli anodi di grafene nella
forma di nanofiocchi con una particolare geometria che offre
un elevato rapporto fra la superficie esterna e la massa e ha
perciò consentito di massimizzare la capacità specifica.
Elettricità dal calore
Due ricercatori hanno trovato il modo di convertire il calore
ambientale in elettricità usando le batterie scariche. Yi Cui
della
Stanford Universitye Gang Chen del
MIT(Massachu-
setts Institute of Technology) hanno pubblicato a fine mag-
gio su
Nature Communication(5, 4225 - 2014) il loro lavoro
grazie al quale l’effetto termogalvanico viene ingegnerizzato
ottenendo risultati ripetibili e a basso costo. In pratica, la ten-
sione ai capi di una pila dipende sempre dalla temperatura
e perciò se nell’ambiente ci sono forti e ripetuti sbalzi ter-
mici è possibile trasformarli in elettricità. Il processo consta
di quattro fasi dette heating up, charging, cooling down e
discharging o riscaldamento, carica, raffreddamento e sca-
rica e inizia facendo scaldare la pila scarica con il calore
disperso nell’ambiente. Quando la pila è sufficientemente
calda, allora si applica tensione finché la
pila non si carica completamente e a que-
sto punto la si lascia raffreddare. Mentre la
sua temperatura scende, la pila fa crescere
la tensione ai suoi capi per effetto termo-
galvanico e qui sta il punto perché, dopo
che si è completamente scaricata, si può
misurare una quantità di energia generata
maggiore di quella applicata per caricarla.
Questa energia in più è proprio quella del
calore assorbito dall’ambiente, che ora vie-
ne rilasciato sotto forma di elettricità. Per
massimizzare questo effetto è stato usa-
to un catodo di nanoparticelle cristalline
di rame esacianoferrato, un anodo di Cu/
Cu
2
+ e un elettrolita liquido più economico
ma del tutto compatibile con gli elettroliti
agli ioni di litio o di sodio. Il processo fun-
ziona anche con soli 10 °C di sbalzo termi-
co, ma è sufficiente un gradiente di 60 °C
per ottenere un’efficienza di conversione
del 5,7% superiore rispetto a molti attuali
dispositivi basati sull’effetto termoelettrico,
anche se questi ultimi almeno per adesso
offrono una densità di potenza maggiore,
ma le ricerche sono ancora in corso.
n
Fig. 4 – Una nuova tecnica a basso costo per convertire il calore disperso in energia elettrica
sfruttando l’effetto termogalvanico con elevata efficienza
Fig. 3 – I nanofiocchi di grafene ottenuti a basso costo con una tecnica
a getto d’inchiostro offrono prestazioni superiori alla grafite sia in
densità di energia sia in capacità specifica