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Auto elettriche: nuovo software per migliorare la qualità delle batterie

Scritto da Federica di Leonardo il 15.03.2011

Il prototipo della Toyota Eliica, alimentata da batterie a ioni di Li, con autonomia di 320 km, ed una velocità massima di 190 km/h, grazie ad 8 motori da 55 kW.

La svolta delle auto elettriche è lontana da venire – non da ultimo a causa della loro componente fondamentale, la batteria.
Le batterie al litio sono ancora troppo costose e il loro numero troppo limitato. Nuovi materiali dovrebbero aprire la strada per una migliore batteria e i software di simulazione da parte dei ricercatori stanno aiutando ad accelerare il processo di sviluppo.

Le auto elettriche sono il futuro – una visione condivisa dal governo e dall’industria automobilistica. Il governo federale tedesco mira a far diventare la Germania il mercato di punta per la mobilità elettrica. Entro il 2020, un milione di autovetture con motore elettrico dovrebbero essere sulle strade della Germania.

Le prospettive di conseguimento di tale finalità fanno sperare bene: come l ‘ADAC, l’organizzazione per l’automobilismo tedesco, ha provato in un sondaggio, il 74 per cento degli intervistati  acquistarebbe  un’auto elettrica se non dovesse scendere a compromessi in termini di costi, comodità e sicurezza. I consumatori non sono disposti a compromessi di una virgola quando si tratta di distanze. Circa un terzo dei guidatori ha bisogno di un’ autonomia di almeno 500 chilometri. Ed ecco il punto cruciale: l’assenza di stazioni di ricarica e la durata limitata della batteria hanno impedito finora ai veicoli elettrici di diventare una tecnologia diffusa.

Le batterie agli ioni di litio utilizzate dalla maggior parte delle case automobilistiche sono semplicemente troppo pesanti, troppo costose e si esauriscono in fretta. Nuovi materiali dovrebbero migliorare le prestazioni, la durata e la sicurezza del dispositivo di accumulo dell’energia, ma lo sviluppo di questi tipi di materiali prende molto tempo e denaro.

Nel progetto Fraunhofer System Research for Electromobility (FSEM) , i ricercatori del Fraunhofer Institute for Industrial Matematic ITWM a Kaiserslautern stanno sviluppando un software per simulare le batterie agli ioni di litio, che a sua volta dovrebbe accelerare questo processo e renderlo più efficiente. Il nuovo software è chiamato BEST, acronimo di batteria ed Elettrochimica Simulation Tool. Una batteria agli ioni di litio consiste di due elettrodi porosi tenuti separati da un separatore riempiti con elettrolita. Flusso di ioni litio tra gli elettrodi quando la batteria è caricata e scaricata. “Le prestazioni della batteria dipendono dai materiali utilizzati nei componenti. Questi materiali hanno bisogno di lavorare in armonia con gli altri “, spiega Jochen Zausch, uno scienziato del gruppo Fluidi Complessi presso il Fraunhofer ITWM. “Le combinazioni di materiali diversi possono essere simulate utilizzando il nostro software, che ci permette di elaborare il mix ideale. Il tipo di prove per tentativi ed errore fatto in passato non è più necessario. ”

I ricercatori ITWM Fraunhofer sono riusciti a simulare a livello macroscopico e microscopico l’intera cella della batteria così come i processi di trasporto e la reazione degli ioni di litio stessi. “Siamo in grado di mostrare la struttura microscopica degli elettrodi. Tutti i pori singoli che misurano 10 micrometri possono essere visti – qualcosa che nessuno dei programmi di oggi può fare. La posizione e la forma degli elettrodi può essere variata”, dice Zausch. Risolvendo la struttura degli elettrodi in tre dimensioni, parametri quali la concentrazione di ioni di litio e la densità di corrente possono essere calcolati. Per questi calcoli viene utilizzato uno speciale codice “Finite Volume” che è stato sviluppato e attuato presso il ITWM. La distribuzione del flusso di corrente fornisce una indicazione della produzione di calore nella batteria. Pertanto, il software può individuare possibili punti caldi che potrebbero surriscaldarsi e potrebbero portare all’ accensione della batteria. Gli effetti di invecchiamento possono essere valutati anche tramite BEST. Dopo tutto, lo sviluppo della temperatura all’interno della batteria influenza la sua vita di servizio.

Gli scienziati intendono aggiornare il programma per includere modelli di invecchiamento che dovrebbero rendere questo tipo di studi ancora più facile da condurre. “In definitiva, dovrebbe aiutare sia le case automobilistiche che i produttori di dispositivi di storage elettrici a costruire batterie robuste, sicure e con una portata maggiore e, al tempo stesso, una migliore accelerazione”, afferma Zausch in conclusione. Il software può essere visto alla fiera di Hannover dal 4 all’ 8 codice nello stand del comune Fraunhofer nel padiglione 2, stand D22.

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