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Diversi sistemi di batterie, quali prodotti chimici sono più promettenti

Diversi sistemi di batterie, quali prodotti chimici sono più promettenti

Aug 19 , 2019
Scopri i diversi sistemi di batterie, esplora le tendenze future e scopri quali chimiche sono più promettenti.

Secondo The Freedonia Group, una società di ricerca industriale con sede a Cleveland, si prevede che la domanda mondiale di batterie primarie e secondarie crescerà del 7,7% annuo, raggiungendo i 120 miliardi di dollari nel 2019. La crescita reale risiede nelle batterie secondarie (ricaricabili) e nelle batterie. secondo Frost & Sullivan, le batterie secondarie rappresentano il 76,4% del mercato globale, una percentuale che dovrebbe aumentare fino all'82,6% nel 2015. La domanda è trainata da telefoni cellulari e tablet. Stime precedenti sovrastimavano la domanda di veicoli elettrici e da allora le cifre sono state adeguate al ribasso.

Nel 2009, le batterie primarie rappresentavano il 23,6% del mercato globale e Frost & Sullivan prevedeva un calo del 7,4% entro il 2015. Le batterie non ricaricabili vengono utilizzate negli orologi, nelle chiavi elettroniche, nei telecomandi, nei giocattoli, nelle torce elettriche, nei fari e nei dispositivi militari in combattere.

Una panoramica dei tipi di batterie

Le batterie sono classificate in base alla chimica e le più comuni sono i sistemi a base di litio, piombo e nichel. La Figura 1 illustra la distribuzione di queste sostanze chimiche. Con una quota di fatturato pari al 37%, la batteria agli ioni di litio è la batteria preferita per i dispositivi portatili e i propulsori elettrici. Non ci sono altri sistemi che minacciano il suo dominio oggi.


Figura 1: Contributi alle entrate derivanti dai diversi prodotti chimici delle batterie
37% Ioni di litio
20% Piombo acido, batteria di avviamento
15% Alcalino, primario
8% Piombo acido, stazionario
6% Zinco-carbone, primario
5% Piombo acido, a ciclo profondo
3% Nichel-metallo idruro
3% Litio, primario
2% Nichel-cadmio
1% Altro
Il piombo acido si afferma come una fonte di energia robusta ed economica per l'uso in grandi quantità. Anche se gli ioni di litio si stanno facendo strada nel mercato al piombo, la domanda di batterie al piombo è ancora in crescita. Le applicazioni sono suddivise in batterie di avviamento per autoveicoli, note anche come SLI (20%), batterie stazionarie per il backup di energia (8%) e batterie a ciclo profondo per la mobilità su ruote (5%) come golf car, sedie a rotelle e sollevatori a forbice. .


L'elevata energia specifica e la lunga conservazione hanno reso le alcaline più popolari del vecchio zinco-carbonio, inventato da Georges Leclanché nel 1868. Il nichel-metallo idruro (NiMH) continua a ricoprire un ruolo importante in quanto sostituisce le applicazioni precedentemente servite dal nichel-cadmio ( NiCd). Tuttavia, con una quota di mercato del 3% e in calo, NiMH sta diventando un attore minore.

Un utilizzo emergente della batteria è il propulsore elettrico per il trasporto personale. Il costo della batteria, la longevità e le questioni ambientali determinano la rapidità con cui il settore automobilistico adotterà questo nuovo sistema di propulsione. Il combustibile fossile è economico, conveniente e facilmente disponibile; le modalità alternative incontrano una forte opposizione, soprattutto in Nord America. Potrebbero essere necessari incentivi governativi, ma tali interventi distorcono il vero costo energetico, proteggono i problemi di fondo legati ai combustibili fossili e forniscono a gruppi di pressione selezionati soluzioni a breve termine.

Nuovi mercati che stimolano ulteriormente la crescita delle batterie sono le biciclette elettriche e i sistemi di stoccaggio delle energie rinnovabili, da cui stanno beneficiando proprietari di case, aziende e paesi in via di sviluppo. Le grandi batterie di accumulo della rete raccolgono l’energia in eccesso durante l’attività intensa e colmano il divario quando l’assorbimento è basso o quando la domanda degli utenti è elevata.

Progressi nelle batterie

Le batterie stanno avanzando su due fronti, riflettendosi in una maggiore energia specifica per autonomie più lunghe e in una migliore potenza specifica per requisiti di carico ad alta corrente. Migliorare una caratteristica di una batteria potrebbe non rafforzare automaticamente l’altra e spesso si raggiunge un compromesso. La Figura 2 illustra la relazione tra energia specifica in Wh/kg e potenza specifica in W/kg.

La batteria più performante in termini di energia specifica e potenza specifica è la secondaria litio-metallo (Li-metal). Una prima versione fu introdotta negli anni '80 dall'allora Moli Energy, ma l'instabilità del litio metallico sull'anodo ne richiese il richiamo nel 1991. Il litio solido tende a formare filamenti metallici, o dendriti, che causano cortocircuiti. Ulteriori tentativi di risolvere questo problema da parte di altre società si sono conclusi con l'interruzione degli sviluppi.

Le qualità uniche del litio-metallo stanno spingendo i produttori a rivisitare questa potente chimica. Domare i dendriti e raggiungere lo standard di sicurezza desiderato può essere ottenuto mescolando litio metallico con stagno e silicio. Si sta sperimentando anche il grafene come parte di un separatore migliorato. Il grafene è un sottile strato di carbonio puro con lo spessore di un atomo legati insieme in un nido d'ape esagonale. Sono stati provati anche separatori multistrato che impediscono la penetrazione del dendrite. Le nuove batterie sperimentali al litio-metallo raggiungono i 300 Wh/kg e il potenziale è molto più elevato. Ciò è di particolare interesse per il veicolo elettrico.
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