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Nanotecnologie la chiave di volta per le batterie del futuro e lauto elettrica Claudio Capiglia Visiting Professor AFFIDABILITÀ E TECNOLOGIE Soluzioni.

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Presentazione sul tema: "Nanotecnologie la chiave di volta per le batterie del futuro e lauto elettrica Claudio Capiglia Visiting Professor AFFIDABILITÀ E TECNOLOGIE Soluzioni."— Transcript della presentazione:

1 Nanotecnologie la chiave di volta per le batterie del futuro e lauto elettrica Claudio Capiglia Visiting Professor AFFIDABILITÀ E TECNOLOGIE Soluzioni innovative e Tecnologie per lindustria e la ricerca Torino - Lingotto Fiere, 14 aprile 2010 ANFIA Associazione Nazionale Filiera Industria Automobilistica

2 1- PROFILO 2 – STORIA BATTERIE 3 – PROIEZIONI DI MERCATO 4 – LEVOLUZIONE della TECNOLOGIA 5 – NANOTECNOLOGIA la chiave di volta 6 – CONCLUSIONE

3 1- PROFILO

4 PROFILO 1997 Ricercatore, Batterie al Litio Gel Polimeriche, AIST KANSAI 2000 Progetto Prototipo Batterie al Litio per lo Sviluppo dellAuto Ibrida, TOYOTA 2004 Dirigente di Ricerca in partnership coi maggiori gruppi industriali Giapponesi, HITEC 2009 Coordinatore Italia-Giappone, Divisione Ricerca & Sviluppo, RECRUIT R&D OSAKA

5 Utilizzatori Industria: Electronica, Automobilistica, Industria pesante, (Denchi, Jidousha) Fornitori Aziende Materiali, Chimica, Aziende che producono impianti (Zairyou) BATTERIE Universita e Istituti di Ricerca Pubblici Ricerca di base Costruttori di batterie (Monotsukuri) Industria delle batterie

6 2 – STORIA BATTERIE

7 Alessandro VOLTA 1799 Pila di Volta 1.un elemento della pila 2.strato di rame 3.contatto negativo 4.contatto positivo 5.feltro o cartone imbevuto in soluzione acquosa 6.strato di zinco

8 Batterie al Piombo Gaston Planté fisico Francese inventa la batteria al piombo nel 1859 che diventa la prima batteria ricaricabile ad uso commerciale PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 -> 2PbSO 4 + 2H 2 O

9 1899 BATTERIE AL PIOMBO1920 Nature (2008) Passato Presente

10 Mancanza di Materiale Elettrodico Mancanza di Elettroliti La difficolta a gestire linterfaccia elettrodo / elettrolita Come mai lo sviluppo delle batterie, (concetto relativamente semplice) e cosi lento rispetto a quello dellelettronica?

11 Lo sviluppo delle batterie ricaricabili al Nichel Metallo Idruro avviene grazie a Masahiko Oshitani della Yuasa Giappone che introduce elettrodi ad alta energia e ai laboratori della Philips e del CNRS francese che sviluppano nel 1970 nuovi materiali ad alta energia per anodi (AB 5 ). Batterie al Nichel-Metallo Idruro (NiMH) MH + NiO(OH) -> M + Ni(OH) 2

12 Batterie al Litio La prima versione commerciale fu creata dalla Sony nel 1991 sotto la direzione di Yoshi Nishi in Giappone a seguito di una ricerca su materiali catodici di un team diretto da John B. Goodenough.

13 Il perche della scelta delle batterie ricaricabili al Litio Nature (2001)

14 3 – PROIEZIONI DI MERCATO

15 Cellulari milioni di celle Computer Video Cam. Batterie al litio Trapani Auto Ibride Altro Journal of Power Sources 195 (2010) 2419

16 Mercato delle Batterie per auto ibrida Journal of Power Sources 195 (2010) 2419 scenario ottimista scenario possibile numero auto ibride vendute nel mondo (milioni)

17 4 – L EVOLUZIONE della TECNOLOGIA

18 Nature (2008) Batterie al Litio basate sui nanomateriali

19 Rame Collettore di corrente Alluminio Collettore di corrente Elettroliti organici Litio conduttori Li 1-x CoO 2 Journal of Power Sources 195 (2010) 2419 CatodoAnodo

20 Elettrolita Catodo interfaccia elettrolita solido Evoluzione gas Riduzione elettrolita Meccanismo Decomposizione Ossidazione elettrolita Meccanismo Decomposizione interfaccia Journal of Power Sources 195 (2010) 2419

21 Buona conduttività ionica ed elettronica Il litio viene intercalato reversibilmente allinterno della struttura LiCoO 2 Problema: 1) Il cobalto è costoso e tossico 2) Solo metà Litio può essere estratta reversibilmente Materiale catodico

22 Materiali catodici Materiali catodici per batterie al litio ricaricabili Capacità specifica Capacità Densità International Workshop on Technology Learning and Deployment June 11-12, 2007 IEA Headquarters, Paris

23 LiFePO 4 Alta resistenza elettrica, problema risolto con la riduzione delle particelle a scala nanometriche e ricoperte con materiali conduttori come il carbonio Materiale catodico

24 Materiali anodici Materiali anodici per batterie al litio ricaricabili Capacità specifica Capacità Densità International Workshop on Technology Learning and Deployment June 11-12, 2007 IEA Headquarters, Paris

25 100nm TEM: Morfologia elettrodo composito; Sn Nanometrico in Carbone Dimensioni di una particella di Sn Numero di cicli Materiali anodici nano-compositi Journal of Power Sources 195 (2010) 2419 Capacità specifica mAh/gr -1

26 Gel Polymer + Electrolyte : EC, DEC, DMC + LiPF RTIL or RTIL + Polymer Elettroliti prima generazione seconda generazione terza generazione (liquidi ionici)

27 5 – NANOTECNOLOGIA la chiave di volta

28 Batterie al solfuro di Litio (Li 2 S) carbonio meso-poroso riempito con zolfo per evitare che lo zolfo si dissolva durante il processo e aumentarne la conduttività

29 Batterie al solfuro di Litio (Li 2 S) Capacità teorica: 1550 Wh/Kg Gel polimero Anodo Silicio nano-filamenti Catodo Carbonio mesoporoso/Li 2 S Nano-composito NANO Letter, Febbraio 2010

30 Li 2 O Batterie Litio - Aria Litio Elettrodo positivo Elettrolita organico Ossigeno Flusso di elettroni Ioni litio Carbone Ossido di manganese (catalizzatore) Li 2 O

31 batterie al litio batterie litio aria convenzionali nuovi sviluppi delle batterie litio aria

32 Elettrolita stato solido: bassa conducibilità ionica Litio Metallico (forma: LiOH) Scarica Anodo Elettrolita organico aria Catalizzatore Elettrolita stato solido Elettrolita ad aria (carbone) Elettrolita acquoso Batterie Litio – Aria nuova generazione

33 6 – CONCLUSIONE

34

35 Grazie per lattenzione


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