Nuovo studio: Come costruire batterie ad aria sottile per auto a emissioni zero

Carbon nanotubes, illustrated here, could be made from carbon dioxide harvested from the atmosphere; we could use them to create carbon-negative batteries. Andrzej Wojcicki/Getty Images ” ” I nanotubi di carbonio, qui illustrati, potrebbero essere realizzati con l’anidride carbonica raccolta dall’atmosfera; potremmo usarli per creare batterie al carbonio-negativo. Andrzej Wojcicki/Getty Images

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La lotta per rallentare il riscaldamento globale si è concentrata soprattutto sullo svezzamento degli esseri umani, per evitare di bruciare combustibili fossili che emettono anidride carbonica e contribuiscono all’effetto serra. Ci sono stati anche molti sforzi per trovare il modo di catturare la CO2 dall’aria e metterla in un posto dove non può fare alcun danno. Naturalmente, la soluzione perfetta sarebbe quella di realizzare entrambe le cose in una volta sola. E se si potesse togliere la CO2 dall’atmosfera e utilizzarla come fonte di energia più pulita, riducendo la necessità di bruciare combustibile fossile?

Gli scienziati delle università di Vanderbilt e George Washington potrebbero aver trovato il modo di farlo. In un articolo pubblicato oggi sulla rivista ACS Central Science dell’American Chemical Society descrivono un processo per estrarre il carbonio dalla CO2 atmosferica e poi usarlo per produrre nanotubi di carbonio. I nanotubi verrebbero poi utilizzati per sostituire gli elettrodi di grafite nelle batterie agli ioni di litio per le auto elettriche.

In teoria, potremmo creare non solo auto elettriche neutre dal punto di vista del carbonio, ma anche auto elettriche negative dal punto di vista del carbonio, che immagazzinano energia e contrastano i danni ambientali del passato.

Grazie alle loro migliori prestazioni, al basso costo previsto e alla capacità di rimuovere un gas a effetto serra, è probabile che le auto equipaggiate con nanotubi di carbonio a batteria diventeranno la norma; dice uno degli scienziati, il professore di chimica del GWU Stuart Licht , via e-mail.

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In un comunicato stampa che annunciava lo sviluppo, Cary Pint, assistente professore di ingegneria meccanica di Vanderbilt, ha detto, “Immaginate un mondo in cui ogni nuovo veicolo elettrico o l’installazione di batterie su scala di rete ci permetterebbe non solo di superare i peccati ambientali del nostro passato, ma anche di fare un passo verso un futuro sostenibile per i nostri bambini.”

Come funzionerebbe?

Il nuovo metodo di produzione delle batterie utilizza un processo sviluppato da Lichtand e dai suoi colleghi del GWU per catturare il carbonio e utilizzarlo per produrre nanofibre di carbonio, che possono essere raggruppate per creare nanotubi. Tale processo prevede l’impiego di energia solare concentrata per creare un bagno fuso di sostanze chimiche che raggiunge i 1.380 gradi F (749 gradi C). Quando l’aria viene aggiunta alla cella, l’anidride carbonica si dissolve quando viene sottoposta al calore e alla corrente continua degli elettrodi di nichel e acciaio.

Inset ” ” Il processo elettrochimico solare termico (STEP) converte l’anidride carbonica atmosferica in nanotubi di carbonio che possono essere utilizzati nelle batterie avanzate. Università Julie Turner/Vanderbilt

Quando il gas si rompe, le molecole di carbonio si aggrappano agli elettrodi e si accumulano in nanofibre. Dopo che Licht e il suo team hanno pubblicato il loro lavoro nel 2015, ha promesso di essere un potenziale cambiamento di gioco. Non solo ha fornito un metodo per creare nanofibre di carbonio più economico dei metodi precedenti, ma ha anche offerto un modo per estrarre enormi quantità di anidride carbonica dall’atmosfera.

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Quando questo sviluppo è stato annunciato l’anno scorso, Licht ha detto a HowStuffWorks che prevedeva di costruire una serie di gigantesche piante di C02 in nanofibra grandi come città in luoghi scarsamente popolati come l’Outback australiano e i deserti del Sahara e del Mojave.

Essendo super resistente e leggera, la nanofibra di carbonio è stata indicata come il materiale del futuro per tutto, dalle travi dei grattacieli alle fusoliere degli aerei. Ma i nanotubi di carbonio ricavati da tali fibre sono anche ottimi per la produzione di batterie, perché la loro grande superficie permette di immagazzinare una carica maggiore rispetto ad altre forme di carbonio. Già nel 2010, i ricercatori del Massachusetts Institute of Technology hanno creato una batteria sperimentale con nanotubi di carbonio che ha una capacità di un terzo in più rispetto a una batteria tradizionale agli ioni di litio e una potenza 10 volte superiore.

I ricercatori della GW e della Vanderbilt riferiscono che anche una batteria agli ioni di litio con elettrodi a nanotubi di carbonio funziona leggermente meglio di una batteria agli ioni di litio convenzionale e che la spinta viene amplificata quando la batteria viene caricata rapidamente.

Quando hanno usato i nanotubi per sostituire gli elettrodi di grafite in una batteria a ioni di sodio, un altro tipo di stoccaggio, hanno ottenuto un miglioramento ancora maggiore – circa 3,5 volte le prestazioni. Entrambi i tipi di batterie dotate di nanotubi di carbonio hanno resistito con successo a 10 settimane di carica e scarica continua senza segni di fatica.

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Applicazioni pratiche per gli anticipi

Secondo Licht, mettere batterie con nanotubi di carbonio nelle automobili “fornirà alternative senza emissioni di gas serra ai processi industriali e di trasporto dei combustibili fossili di oggi”.

Gina Coplon-Newfield, direttrice della Sierra Club’s Electric Vehicles Initiative , ha dichiarato che, pur non avendo ancora visto le specifiche della svolta di Vanderbilt-GWU, “sembra davvero intrigante”. “In generale, siamo molto incoraggiati da ciò che vediamo accadere nella tecnologia delle batterie in questi giorni”, dice Coplon-Newfield. “Questo sia in termini di progressi tecnologici, sia in termini di riduzione dei costi”.

Il processo per l’utilizzo dell’anidride carbonica atmosferica per la produzione di batterie non dovrebbe essere utilizzato solo per le auto elettriche. Potrebbe anche essere utilizzato per produrre batterie agli ioni di litio per dispositivi elettronici, e anche in batterie molto più grandi che potrebbero essere usate per immagazzinare l’elettricità generata dai pannelli solari e dalle turbine eoliche.

Avere quel tipo di stoccaggio è fondamentale per lo sviluppo di future reti elettriche “intelligenti” che si affidano a fonti di energia elettrica più piccole e decentralizzate, invece di dipendere da enormi centrali a carbone.

Ora questo è interessante L’uso delle batterie come accumulatori di energia risale a centinaia, se non migliaia di anni fa.

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