SVELANDO IL FUTURO DELL'ENERGIA: Dalle Tradizionali alle Rivoluzionarie Batterie allo Stato Solido

Pubblicato da Brigida Michele in Automotive · Mercoledì 06 Mar 2024
Tags: batterie, energia, rivoluzione, stato, solido, batterie, al, sodio, celle, a, stato, solido, tecnologie, prestazioni, durata, costi, gestione, avanzata, ricarica, rapida, tomografia, a, raggi, X, struttura, interna, miglioramento

SVELANDO IL FUTURO DELL'ENERGIA :
Dalle Tradizionali alle Rivoluzionarie Batterie allo Stato Solido

Sezioni
Il Balzo nel Passato: Storia delle Batterie - Dalla loro nascita fino alle tecnologie consolidate oggi.
Visione Attuale e Futuro: Batterie in Progettazione - Un'analisi approfondita delle batterie in fase di progettazione e degli sviluppi attesi.
Impatto Ambientale e Sostenibilità nel Settore delle Batterie - Esaminare l'impatto ambientale delle batterie e le iniziative per rendere il settore più sostenibile.
Solido e Sicuro: Batterie Allo Stato Solido - Scopriamo la promettente tecnologia delle batterie allo stato solido.
Sotto i Raggi-X: Tomografia 2D e 3D - L'importanza del controllo delle batterie attraverso la tomografia a raggi-X.
Zoom su Tecnologie Avanzate: Imaging con Raggi-X - Approfondiamo le tecniche avanzate di imaging tramite raggi-X.
Car Batteries Unleashed: Tecnologie per l'Automotive - Analizziamo le batterie nel mondo dell'automotive, con focus sulle tecnologie emergenti.
L'Arte della Diagnosi: X-Ray per il Futuro - Concludiamo con una prospettiva sul futuro della diagnosi delle batterie tramite raggi-X.

1. Il Balzo nel Passato: Storia delle Batterie
La storia delle batterie, intrisa di mistero e innovazione, si snoda lungo le trame temporali del passato, anticipando persino la celebre scoperta di Benjamin Franklin sull'elettricità nel 1740.
Un punto di svolta affascinante emerge nel 1983, quando archeologi, immergendosi nelle antiche terre di Khujut Rabu, nei pressi di Baghdad, fecero una straordinaria scoperta.
In quei luoghi impregnati di storia, emersero vasi di terracotta che, al loro interno, custodivano fogli di rame abilmente avvolti attorno a una verga di ferro.
La suggestione dietro questa enigmatica combinazione è intrigante: si ipotizza che potesse rappresentare una forma ancestrale di batteria.
L'audace teoria suggerisce che questi antichi manufatti potessero fungere da strumenti per placcare l'oro, un processo avvenuto nel contesto della millenaria civiltà dei Parti, prosperata tra il 250 a.C. e il 250 d.C.
Un'affascinante sinfonia di conoscenza, tecnologia e arte si intreccia in questo capitolo dimenticato del passato, offrendo uno sguardo senza tempo alle origini delle batterie e al loro ruolo nella stratificazione della storia umana.

"Cronologia storica delle batterie"

Cronologia storica delle batterie:

1786: Cosce di rana ed elettricità - Luigi Galvani scopre l'idea di batteria tramite prove con rane e metallo. Alessandro Volta successivamente contrasta l'interpretazione di Galvani, proponendo la teoria della dissimilarità dei metalli.

1800: La nascita della pila voltaica - Alessandro Volta realizza la prima batteria a celle umide, la pila voltaica, composta da strati di rame e zinco separati da cartone imbevuto di salamoia.

1820: La batteria Daniell - John Frederic Daniell elimina le bolle di idrogeno, migliorando la pila voltaica e utilizzandola per alimentare dispositivi di comunicazione.

1838: La cella a vaso poroso - John Dancer utilizza il design della Daniell Cell, introducendo un'anodo centrale di zinco in una soluzione di solfato di zinco e un catodo di rame in una soluzione di solfato di rame.

1859: L'arrivo delle batterie al piombo - Gaston Planté crea la prima batteria ricaricabile al piombo, migliorando l'autonomia delle batterie.
1866: La cella Leclanché, una batteria carbonio-zinco - Georges Leclanché inventa una batteria con anodo di zinco, catodo di biossido di manganese e soluzione di cloruro di ammonio.
1886: Versione di Carl Gassner della cella Leclanché - Carl Gassner introduce la prima batteria a secco, usando Plaster of Paris per la pasta di cloruro di ammonio.
1899: La batteria al nichel-cadmio - Waldemar Jungner inventa la prima batteria ricaricabile al nichel-cadmio (NiCD) con elettrolita alcalino.
1903: La batteria Edison - Thomas Edison crea la batteria al nichel-ferro, inizialmente per le automobili ma utilizzata successivamente nell'industria e nei trasporti.
1955: L'arrivo delle batterie alcaline - Lewis Urry migliora le batterie zinco-carbone introducendo le batterie alcaline, con maggiore durata e stabilità.
1912: Batterie al litio e agli ioni di litio - Gilbert Newton Lewis sperimenta con batterie al litio. Nel 1991, Sony commercializza la batteria agli ioni di litio.

"Cronologia storica delle batterie"

Dalla creazione di antiche pile di terracotta alle attuali innovazioni, la storia delle batterie si dipana come un affascinante viaggio attraverso il tempo, segnato da innumerevoli scoperte e costanti perfezionamenti.
Questo percorso affonda le sue radici nell'antichità, quando l'uomo ha iniziato a sperimentare con materiali rudimentali per generare e conservare energia.
Uno degli episodi più significativi di questa saga è rappresentato dalla rivoluzione dei veicoli elettrici, un capitolo che non si limita a pochi decenni, bensì abbraccia ben 197 anni di un passato illustre.
Da primi esperimenti con carri trainati da motori elettrici a eventi epocali come l'introduzione dei primi veicoli elettrici commerciali, questa storia ha attraversato periodi di entusiasmo e sfide, contribuendo in modo sostanziale a plasmare il panorama dei trasporti.
La rivoluzione dei veicoli elettrici ha superato le barriere del tempo, con alti e bassi che hanno caratterizzato il suo percorso.
Tuttavia, l'innovazione incessante e lo sviluppo continuo hanno giocato un ruolo cruciale nell'abbattere le resistenze e nell'avvicinare sempre di più i veicoli elettrici alla quotidianità dell'uomo comune.
Questo viaggio nella storia delle batterie e dei veicoli elettrici è un racconto di perseveranza, ingegno e visione, evidenziando il costante impegno dell'umanità nel cercare soluzioni sostenibili e avanzate per la mobilità e l'energia.

"Foto storica autovettura elettrica"

L'elettrotecnica, nata nel 1800 con la pila di Volta, ha richiesto anni di sperimentazioni ai ricercatori prima di riuscire a sviluppare generatori utilizzabili al di fuori dei laboratori, integrandoli nella vita quotidiana.
A Parigi, centro dello sviluppo scientifico nel XIX secolo, i ricercatori, consapevoli delle potenzialità del fluido elettrico continuo delle pile, hanno condotto intense sperimentazioni.
Le pile voltaiche, costruite con metalli ed elettrodi diversi, sono state il risultato di sessant'anni di impegno.
Due invenzioni emerse da questo sforzo, l'accumulatore elettrico di Planté e le pile di Leclanché, sono ancora oggi prodotte in miliardi di pezzi, grazie alle loro straordinarie doti di energia e praticità.

"Listino e caratteristiche auto elettrica storiche"

2. Visione Attuale e Futuro: Batterie in Progettazione
Le batterie assumono un ruolo cruciale nell'ambito delle tecnologie chiave per raggiungere l'ambizioso obiettivo di rendere l'Europa a impatto climatico zero entro il 2050.
Le sfide globali legate al cambiamento climatico, all'inquinamento ambientale, alla perdita di habitat e alla diminuzione della biodiversità richiedono una risposta coordinata.
Nel 2019, l'impronta di carbonio dell'UE-27 raggiunse 6,7 tonnellate di CO2 pro capite, spingendo l'Unione Europea a puntare a una riduzione delle emissioni di gas serra del 55% entro il 2030, con l'obiettivo ambizioso di zero emissioni nette entro il 2050, come parte del Green Deal europeo lanciato nel dicembre 2019.
La missione del Green Deal è trasformare l'economia dell'UE per garantire un futuro sostenibile, posizionando l'Europa come il primo continente a impatto climatico zero entro il 2050 e aderendo agli obiettivi di sviluppo sostenibile dell'Agenda 2030 delle Nazioni Unite.
La roadmap Battery 2030+ presenta politiche, obiettivi e azioni chiave per supportare questa visione, mettendo in evidenza le batterie ricaricabili ad alta efficienza come tecnologia chiave per lo stoccaggio di energia in un'ampia gamma di applicazioni.

"Roadmap delle batterie"

Queste batterie non solo accelerano la transizione verso una mobilità sostenibile e intelligente ma contribuiscono anche a fornire energia pulita, conveniente e sicura, promuovendo una transizione verso un'economia più pulita e circolare, compresa la valutazione dell'intero ciclo di vita (LCA).
La crescente domanda di batterie, prevista dalle istituzioni internazionali, evidenzia la necessità che l'Europa sviluppi una capacità di produzione annua di almeno 200 GWh nei prossimi cinque anni, con una prospettiva di costante aumento verso l'intervallo dei TWh per soddisfare le esigenze delle aziende europee.
Si prevede che la domanda di batterie agli ioni di litio crescerà di circa il 33% ogni anno per raggiungere circa 4.700 GWh entro il 2030.

"Crescita prevista della domanda globale di batterie per regione (a sinistra) e settore (a destra)"

Il mercato delle batterie ad alta densità di energia è attualmente guidato dalle batterie agli ioni di litio (LIB), efficaci in diverse applicazioni.
Tuttavia, le LIB attuali, avvicinandosi ai limiti prestazionali, richiedono innovazioni significative per mantenere il passo con gli sviluppi necessari.
BATTERIE AGLI IONI DI LITIO
"La figura mostra solo il contenuto di metallo (in percentuale del peso), nessun contenuto di ossigeno.
Il contenuto di ossigeno varia dal 33 al 41% in peso, a seconda del materiale attivo del catodo"

L'evoluzione del mercato si profila con l'introduzione delle batterie a stato solido, previste nel 2025, segnando una rivoluzione nel settore fino al 2035.

"Batterie al Litio-ionio e batterie stato solido"

Questa innovazione, insieme alle LIB, continuerà a giocare un ruolo cruciale nello stoccaggio energetico, ma sono necessarie idee rivoluzionarie per creare batterie sostenibili e garantire la competitività europea nella transizione verso una società basata sull'elettricità, mirando a diventare climaticamente neutra.
Per affrontare questa sfida, è essenziale sviluppare un ecosistema dinamico che includa ricerca trasformativa a lungo termine, partendo dai livelli di preparazione tecnologica fondamentale TRL (Technology Readiness Level - Livello di Maturità Tecnologica).
Ciò permetterebbe l'introduzione rapida di nuove conoscenze e concetti in tutti i TRL e nei prodotti commerciali.
La crescente domanda di batterie, inclusa la prospettiva delle batterie a stato solido, è evidente nelle previsioni internazionali.
L'Europa dovrà sviluppare una capacità di produzione annua di almeno 200 GWh nei prossimi cinque anni, proiettandosi verso l'intervallo dei TWh per le aziende europee.
Le batterie ricaricabili ad alta efficienza, comprese le future batterie a stato solido, sono fondamentali per lo stoccaggio energetico, sostenendo la transizione verso una mobilità sostenibile e contribuendo a un'economia pulita e circolare, come indicato anche nel Green Deal europeo.

"Crono storia delle batterie dalla nascita ad oggi"

Per sviluppare le tecnologie innovative necessarie, sono richiesti sforzi di ricerca multidisciplinari e intersettoriali. L'Europa ha il potenziale per guidare questo settore, ma è necessario un approccio coordinato e collaborativo che coinvolga industria, ricerca, politica e pubblico.

3. Impatto Ambientale e Sostenibilità nel Settore delle Batterie
Le terre rare sono al centro della transizione ecologica, essenziali per tecnologie rinnovabili e dispositivi elettronici. Tuttavia, la loro estrazione inquina e genera impatti sociali, ambientali e geopolitici.
L'uso crescente delle terre rare ha sollevato preoccupazioni sulla dipendenza da paesi produttori e sulla sicurezza delle catene di approvvigionamento.
La Cina, in particolare, detiene una posizione dominante in questo settore, creando rischi geopolitici globali.
I partiti politici hanno proposto varie idee sulla transizione ecologica, ma le sfide legate alle terre rare sono complesse.
Il rischio di dipendenza da paesi fornitori è stato sottolineato, sottolineando la necessità di strategie chiare e sostenibili.
La transizione energetica richiede un aumento dell'uso di risorse minerali, intensificando la dipendenza da queste materie prime.
L'economia circolare emerge come soluzione per rendere indipendenti dalle terre rare, promuovendo il riciclo e la riduzione degli sprechi.
In un contesto di disuguaglianze globali, l'accesso a energie pulite e tecnologie avanzate è cruciale.
Tuttavia, la gestione responsabile delle terre rare diventa imperativa per garantire una transizione ecologica equa, minimizzando impatti negativi e promuovendo l'indipendenza energetica sostenibile.
La ricerca di alternative sostenibili, come progetti che mirano a sostituire le terre rare con materiali più eco-friendly, riflette la consapevolezza crescente delle sfide ambientali associate a questi minerali critici.
La sensibilizzazione e l'azione globale sono fondamentali per affrontare il "paradosso" delle terre rare nella transizione ecologica.

La delocalizzazione della produzione di terre rare dalla Cina a imprese operanti all'estero ha suscitato crescente attenzione.
Gli investimenti in Australia, Groenlandia e altri paesi evidenziano il tentativo cinese di diversificare la propria catena di approvvigionamento.
I danni ambientali derivanti dall'industria delle terre rare sono sempre più sotto gli occhi dei governi, con impatti negativi sulle comunità locali.
In risposta, alcuni paesi occidentali, inclusi gli Stati Uniti, mirano a ricostruire la propria supply chain, riportando la produzione di terre rare "in casa".
Tuttavia, questo processo di re-shoring è ostacolato dalla necessità di creare standard di produzione elevati per mitigare gli impatti negativi dell'estrazione di terre rare.
In Texas, ad esempio, comunità locali si sono opposte a una multinazionale australiana, temendo elevati tassi di inquinamento legati a questa attività estrattiva.
Il dilemma emerge chiaramente: da un lato, la volontà di riportare la produzione localmente per creare occupazione e affrontare questioni geopolitiche; dall'altro, l'opposizione delle comunità locali a filiere produttive inquinanti, benché cruciali per la transizione ecologica.
Questi paradossi evidenziano le sfide etiche, ambientali e sociali connesse all'estrazione delle terre rare e la complessità della transizione verso una produzione sostenibile.

La ricarica rapida, fondamentale per dispositivi e sistemi di accumulo di prossima generazione, affronta sfide significative. L'aumento dei rischi per la sicurezza e la bassa efficienza coulombiana derivanti da questa tecnologia impatta sulle sue applicazioni pratiche.
Questa recensione si propone di esaminare le sfide e i progressi recenti nelle batterie al litio per la ricarica rapida. Inizialmente, si definisce la ricarica rapida e si propone un valore critico di conduttività ionica ed elettrica degli elettrodi, cruciali per una ricarica rapida efficiente in una batteria funzionante.
Sulla base di questa definizione, emergono requisiti e strategie di ottimizzazione per elettrodi, elettroliti e interfaccia elettrodo/elettrolita, essenziali per migliorare la carica rapida. L'attenzione si concentra su come affrontare i rischi per la sicurezza e migliorare l'efficienza complessiva del processo di ricarica.
Infine, la recensione offre una conclusione generale e prospettive per una migliore comprensione delle batterie al litio con capacità di ricarica rapida. Questo approfondimento contribuisce a delineare il futuro di una tecnologia sempre più cruciale nell'ambito dell'energia e dell'elettronica.

" Caratteristiche batterie"
Il mercato globale delle batterie allo stato solido è destinato a crescere in modo significativo tra il 2023 e il 2030, con una proiezione di passare da 23.07 miliardi di dollari nel 2022 a 63.54 miliardi entro il 2030.
Questa crescita è spinta dalla crescente adozione di strategie da parte dei principali attori del settore.
Le batterie al litio (LiB) sono attualmente ampiamente utilizzate per lo stoccaggio dell'energia chimica, grazie alla loro leggerezza, alta densità di energia e lunga durata.
Tuttavia, incidenti come incendi ed esplosioni hanno sollevato gravi preoccupazioni sulla sicurezza delle LiB, specialmente nei veicoli elettrici (EV) e nelle centrali elettriche.
Per affrontare queste sfide, le batterie allo stato solido emergono come soluzione, offrendo una struttura semplificata con un elettrolita solido e una maggiore densità di energia.
Queste batterie eliminano la necessità di elettroliti liquidi infiammabili, semplificando il processo di assemblaggio. Il loro funzionamento durante la carica e lo scarico segue il principio delle tradizionali LiB.
La pandemia di COVID-19 ha influenzato il mercato, ma si prevede che la dimensione globale raggiungerà milioni di dollari entro il 2028.
I principali attori globali, tra cui BMW, Hyundai, Dyson e Apple, contribuiranno a plasmare il mercato, con Stati Uniti, Giappone e UE rappresentando le maggiori quote di mercato.
La segmentazione per regione, azienda, tipo e applicazione fornisce un quadro dettagliato per i partecipanti del settore.
In conclusione, il mercato delle batterie allo stato solido è destinato a giocare un ruolo sempre più importante nel panorama delle tecnologie di stoccaggio dell'energia.

4. Solido e Sicuro: Batterie Allo Stato Solido

"immagine Batterie standard e Solide"

Le batterie allo stato solido (SSB) rappresentano una promettente evoluzione nel campo dello stoccaggio dell'energia elettrochimica.
Spesso considerate il successore delle tradizionali batterie agli ioni di litio (Li-ion), le SSB hanno il potenziale per rivoluzionare il settore, specialmente nell'ambito dei veicoli elettrici.
"Componenti batterie al stato solido"

Questa nuova tecnologia offre numerosi vantaggi, tra cui un'elevata densità di energia, una durata di vita estesa e capacità di ricarica rapida.
Inoltre, le SSB sono considerate più sicure rispetto alle batterie Li-ion, poiché eliminano l'uso di materiali infiammabili come gli elettroliti liquidi.
Tuttavia, le batterie allo stato solido sono intrinsecamente diverse dalle loro controparti agli ioni di litio.

"Architettura delle batterie attuali e future"

Attualmente, i metodi di fabbricazione e le condizioni di test devono ancora essere completamente standardizzati, sia a livello di laboratorio di ricerca che di linea di produzione.
Paesi come Giappone, Cina e Unione Europea hanno posto ambiziosi obiettivi per commercializzare questa tecnologia entro il 2030, rafforzando l'importanza e l'urgenza della transizione verso le SSB.

"Comparazione tra le batterie standard e Batterie solide"

Le batterie allo stato solido emergono come una rivoluzione nel campo delle tecnologie di stoccaggio energetico, offrendo una serie di vantaggi e sfide peculiari.
Con dimensioni più contenute rispetto alle tradizionali batterie agli ioni di litio liquidi, le batterie allo stato solido presentano un'opportunità per dispositivi più compatti e leggeri.
La mancanza di produzione di gas idrogeno, dovuta all'assenza di materiali infiammabili, non solo contribuisce alla sicurezza operativa ma elimina anche uno degli svantaggi delle batterie convenzionali.
Un elemento chiave è lo strato interfacciale di elettrolita solido (SEI), che non si forma nelle batterie allo stato solido. Ciò si traduce in tassi di autoscarica notevolmente bassi, permettendo un accumulo energetico prolungato con perdite minime nel tempo.
Proiezioni indicano che queste batterie potrebbero funzionare da 50 a 100 volte più a lungo delle loro controparti agli ioni di litio liquidi, promettendo una durata operativa eccezionalmente estesa.
Tuttavia, le attuali batterie allo stato solido devono ancora affrontare una sfida significativa: la durata operativa limitata, approssimativamente di tre anni.
Gli sforzi intensi in ricerca e sviluppo mirano a superare questo ostacolo, cercando di estendere la vita operativa delle batterie allo stato solido oltre i tre anni per consentirne l'ampia commercializzazione, specialmente nel settore dei veicoli elettrici.
In sintesi, mentre le batterie allo stato solido promettono una rivoluzione nella sicurezza e nell'efficienza energetica, le sfide tecniche rappresentano ancora un terreno aperto per l'innovazione e il perfezionamento di questa tecnologia all'avanguardia.

Attuali batterie commerciali e prestazioni mirate delle possibili sostanze chimiche future. Le caratteristiche chimiche
delle batterie post-litio sono indicate come nomi che indicano tutti i tipi di batterie di tipo metallico nella rispettiva categoria.
C'è una grande incertezza sulla loro rispettiva posizione nel grafico. L'idruro NiM si riferisce all'idruro metallico di nichel.

"Diverse tipologie di batterie"
Le batterie "BLADE"
Recentemente, i progressi nelle batterie a lama di BYD hanno attirato l'attenzione, focalizzandosi su sicurezza, densità energetica e versatilità.
Superando test di agopuntura, queste batterie aumentano la densità energetica del 50%, risolvendo il dilemma della sicurezza e dell'elevata energia specifica.
La batteria a lama, lunga tra 600 e 2000 mm, si adatta perfettamente ai pacchi batteria, supportando anche veicoli più grandi. La modularità consente lunghezze diverse, facilitando la produzione su larga scala.

"Le nuove Batterie Blade della BYD"

Un tratto distintivo è la durata delle batterie al litio ferro fosfato. Con cicli di vita teorici di 3000, raggiungono almeno 2000 cicli nella pratica. Considerando il BYD Han, con 2000 cicli, la durata supera 1,2 milioni di km.
Gli esperti considerano anche prestazioni a bassa temperatura e velocità di ricarica. La gestione intelligente della temperatura, da raffreddamento a liquido a rivestimenti speciali, è chiave. BYD mira a migliorare materiali e sistemi per prestazioni ottimali.
La ricarica rapida, a 1,5-2°C, offre tempi competitivi, in sintonia con le batterie ternarie.
In conclusione, le batterie a lama di BYD rappresentano un balzo avanti in sicurezza, adattabilità e prestazioni, promettendo un futuro affidabile ed efficiente per la mobilità elettrica.

Le Batterie al Sodio
Le batterie al sodio rappresentano una tecnologia in rapida crescita, suscitando un interesse sempre maggiore nel contesto delle alternative alle tradizionali batterie al litio.
Per comprendere appieno le peculiarità di queste batterie, è cruciale esaminare le differenze sostanziali che le separano dalle controparti al litio.
Dal punto di vista chimico, le differenze iniziano con il raggio atomico del catione di sodio, che è 0,3 Å maggiore rispetto al litio. Questa disparità si traduce in un peso atomico e una massa oltre tre volte superiori a quelli del litio.
Questo fatto presenta immediatamente sfide tecniche rilevanti, principalmente a causa del maggiore stress meccanico durante il movimento tra anodo e catodo, che contribuisce al deterioramento accelerato della cella.
La grafite, comunemente utilizzata come materiale anodico nelle batterie al litio, subisce reazioni di esfoliazione irreversibili nell'interazione con lo ione sodio, riducendo notevolmente il ciclo di vita delle batterie al sodio.

"Batteria al sodio"
Un ulteriore ostacolo è rappresentato dal potenziale di riduzione standard degli ioni sodio, inferiore a quello del litio.
Ciò si traduce in una tensione massima inferiore, con una cella al sodio che offre 2,3–2,5 V contro i 3,2–3,7 V di una cella al litio.
La densità energetica ridotta è evidente, poiché, a parità di peso, una batteria al sodio può immagazzinare il 40% di energia in meno rispetto a una batteria al litio.
Passando ai vantaggi e svantaggi, le batterie al sodio stanno guadagnando attenzione come alternative al litio, specialmente considerando la crescente domanda e le limitate risorse di litio nella crosta terrestre.
Tra i vantaggi spiccano la disponibilità economica delle materie prime, il basso costo, la sicurezza elevata, la resistenza alle basse temperature e l'impatto ambientale limitato.
La vasta presenza naturale del sodio, come sesto elemento più abbondante nella crosta terrestre, le conferisce un notevole vantaggio competitivo.

Tuttavia, le limitazioni delle batterie al sodio non possono essere ignorate.
La loro bassa densità energetica, con valori tra 140 Wh/Kg e 160 Wh/Kg rispetto ai 180 Wh/Kg–250 Wh/Kg delle batterie al litio, rappresenta una sfida significativa.
Inoltre, il ciclo di vita breve, dovuto alla maggiore massa degli ioni di sodio e allo stress meccanico, è un ostacolo da superare per l'implementazione su larga scala.
Quando si considerano le applicazioni primarie, le batterie al sodio potrebbero emergere come alternative convenienti nelle situazioni in cui l'aspetto economico supera le prestazioni.
Le basse densità energetiche le rendono particolarmente adatte per applicazioni stazionarie e sistemi di accumulo di energia, come impianti fotovoltaici ed eolici con produzione intermittente.
Le prospettive per la tecnologia agli ioni di sodio sono promettenti, con un previsto tasso di crescita del 27% annuo nel prossimo decennio.
La produzione annua potrebbe aumentare da 10 GWh nel 2025 a circa 70 GWh nel 2033.
Nonostante alcune sfide da affrontare, come la bassa densità energetica, il settore automobilistico sta già manifestando un forte interesse.
Grandi produttori di batterie al litio, come CATL, stanno esplorando soluzioni innovative, come pacchi batterie ibridi, che potrebbero rivoluzionare il mercato.
In conclusione, mentre le batterie al sodio presentano ancora alcune limitazioni, la loro crescente adozione e gli sforzi nella ricerca e sviluppo suggeriscono che questa tecnologia potrebbe giocare un ruolo significativo nel futuro delle soluzioni di stoccaggio energetico e delle applicazioni elettriche.
L'interesse in continua crescita e la diversificazione delle linee di produzione evidenziano il potenziale delle batterie al sodio come alternativa sostenibile e competitiva nel panorama nelle tecnologie delle batterie.

5. Sotto i Raggi-X: Tomografia 2D e 3D
Negli ultimi tre decenni, l'evoluzione delle tecnologie delle batterie ricaricabili è stata notevole.
Tuttavia, i produttori di celle stanno ancora affrontando sfide nel controllo qualità e processo, specialmente nel mappare in modo non distruttivo la microstruttura degli elettrodi, le disomogeneità e il loro impatto sull'invecchiamento e sulle prestazioni delle batterie.
Questo articolo introduce innovativi flussi di lavoro che integrano la tomografia computerizzata e la microscopia a raggi-X 3D per creare una visualizzazione dettagliata delle celle e dei gruppi di batterie, consentendo lo studio della loro struttura prima e dopo cicli di carica / scarica.
Questi flussi di lavoro, indipendenti o complementari ad altre valutazioni di microscopia multiscala, forniscono informazioni preziose su diverse scale, dalle caratteristiche macroscopiche dei pacchi batteria ai dettagli microscopici nei materiali degli elettrodi.
Comprendere i sistemi di batterie attraverso l'imaging a raggi-X può accelerare lo sviluppo, migliorare l'efficienza dei costi e semplificare l'analisi dei guasti e l'ispezione qualitativa delle batterie agli ioni di litio e di altre tecnologie emergenti.

"Tomografia di una batteria cilindrica"
È trascorso un trentennio dal debutto delle rivoluzionarie batterie agli ioni di litio (LIB), inaugurato nel 1991 dalla visione di Sony Corporation.
Nel 2019, il prestigioso Premio Nobel per la Chimica ha onorato John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham e Akira Yoshino, celebrando il loro contributo epocale allo sviluppo delle LIB.
Oggi, le LIB rivestono un ruolo cruciale in un mondo dipendente da dispositivi elettronici portatili e guidano l'ondata di innovazione nei veicoli elettrici.
Con l'attenzione crescente alla sostenibilità energetica, l'industria automobilistica sta diventando il principale mercato per le batterie ad alte prestazioni.
Un cambiamento epocale, con le principali case automobilistiche che progettano il passaggio dalle auto a combustione interna a veicoli elettrici entro i prossimi 10-30 anni.
Tuttavia, la strada verso la perfezione energetica richiede ulteriori progressi nella progettazione delle celle e nei processi di produzione.
Le sfide includono migliorare densità energetica, capacità, ritenzione dell'energia e sicurezza. In questa corsa all'innovazione, le tecniche di imaging avanzate emergono come alleate potenti, in particolare la microscopia a raggi X 3D.
Questa tecnologia rivoluzionaria, già applicata alle LIB, si prefigura come il catalizzatore per prolungare la durata della batteria, garantire la sicurezza operativa e massimizzare le prestazioni di carica e scarica.
Mentre le LIB guidano la transizione verso un futuro senza emissioni di carbonio, le metodologie discusse in questo documento sono adattabili anche ad altri sistemi, come le batterie allo stato solido con materiali energetici all'avanguardia.
È l'inizio di una nuova era energetica, dove l'immagine dettagliata delle batterie è la chiave per sbloccare il futuro sostenibile.

"I diversi sistemi NDT per il controllo delle batterie"

Esplorando le Profondità delle Batterie con l'Imaging a Raggi X 3D
L'uso innovativo dell'imaging a raggi X 3D per esaminare le batterie agli ioni di litio (LIB) sta rapidamente guadagnando slancio.
Questa tecnologia, sebbene relativamente recente, si è affermata negli ultimi anni, rivelandosi cruciale per soddisfare le esigenze di risoluzione spaziale e dimensioni del campione.
Le tradizionali tecniche di ispezione basate su pannelli piatti ad alta energia risultano idonee solo per batterie di grandi dimensioni, mancando la risoluzione necessaria per caratteristiche più sottili di 10 μm.
Ideali per esaminare piccole celle e componenti di batterie nell'intervallo da 800 a 1000 nm, inclusi singoli elettrodi e separatori, gli XRM consentono di esplorare dettagli intricati. Tuttavia, limitazioni di potenza ed energia possono restringere le risoluzioni spaziali più elevate.
La sezione presenta configurazioni di laboratorio comuni per l'imaging a raggi X 3D delle LIB, con un focus sulla tomografia computerizzata a raggi X.
Questa tecnica, fondamentale nell'ambito industriale, crea ricostruzioni virtuali 3D, rivelando la struttura e la morfologia interna ed esterna degli oggetti.
L'innovazione continua nell'ingrandimento geometrico (Mg) e nella risoluzione spaziale promette un futuro affascinante per l'esplorazione delle batterie.

"Batteria Pouch"

Esplorando le Profondità dell'Imaging a Raggi X 3D per le Batterie
Scopriamo il mondo affascinante della visualizzazione e analisi dei dati attraverso le tecniche all'avanguardia di imaging a raggi X 3D.
Ogni tecnologia presentata offre un'immagine tridimensionale in scala di grigi, plasmata da voxel che catturano l'assorbimento dei raggi X negli elementi del volume 3D nella batteria.
Questi voxel, simili ai pixel 3D, rappresentano l'intensità dell'assorbimento e vengono archiviati come rappresentazione numerica.
La distribuzione della scala di grigi riflette la densità dei materiali nella batteria, offrendoci uno sguardo dettagliato.
Le immagini possono spaziare dall'intera batteria a singoli sottovolumi, fornendo dati preziosi in diverse posizioni e risoluzioni.
L'allineamento preciso tra le immagini è garantito, consentendo una visualizzazione impeccabile attraverso software dedicati.
La registrazione delle immagini facilita la co-visualizzazione, aprendo nuovi orizzonti di comprensione. Gli algoritmi di segmentazione entrano in gioco, rivelando strati specifici nella batteria e assegnando colori distinti a catodi, anodi e collettori metallici.
Per soddisfare queste esigenze avanzate, puoi contare su pacchetti software commerciali e open source. Benvenuto nell'universo affascinante dell'esplorazione tridimensionale delle batterie, dove la tecnologia incontra la precisione.

"Difetti in una cella Pounch"

Analisi Multi-scala di Celle Intere: Svelare i Segreti delle Batterie con la Tomografia a Raggi X
La microscopia a raggi X, grazie alla sua natura non distruttiva, offre uno sguardo rivoluzionario all'interno delle batterie, permettendo agli ingegneri di esplorare la complessità senza danneggiare le celle.
Attraverso avanzate tecniche di scansione con strumenti come l'impianto Comet-Yxlon FF20, è possibile ottenere immagini dettagliate di batterie automobilistiche cilindriche.
Come illustrato nelle immagini sotto-riportate mostra come l'analisi rilevi la struttura generale, mentre le scansioni ad alta risoluzione svelano dettagli cruciali come la differenza tra gli strati degli elettrodi e la presenza di difetti.
Questa metodologia non solo guida la produzione individuando difetti e valutando la qualità ma fornisce una visione dettagliata della microstruttura, fondamentale per migliorare la stabilità meccanica e la durata delle batterie.

"Tomografia di una Batteria cilindrica"

"Tomografia di una Batteria a Bottone"

Assemblaggio Precisione per Batterie Potenzianti: Alla Ricerca della Perfezione
Immergersi nell'assemblaggio delle celle della batteria rivela un mondo di precisione e vigilanza cruciale.
La cattura di immagini a macro-scala non è solo una pratica, è una scienza.
Questo processo critico non solo fornisce parametri di progettazione, ma decodifica il DNA delle batterie, esponendo possibili sfide.
Nei meandri della produzione, l'allineamento preciso di anodo e catodo, la deviazione degli anodi e la forma degli elettrodi diventano punti focali di scrutinio.
Un elettrodo piegato si trasforma da imperfezione apparente a potenziale detonatore di cortocircuito, catapultando la batteria nel rischio di guasto.
La danza delicata tra spessori di anodo e catodo è osservata attentamente, mentre le linguette del collettore diventano il delicato ponte tra il cuore elettronico della batteria e il mondo esterno.
Un'allineamento errato, una temperatura sballata: la ricetta per un potenziale disastro.
In un'epoca in cui le batterie guidano auto attraverso avversità climatiche, l'assemblaggio robusto diventa imprescindibile.
Vibrazioni, temperature estreme - le batterie affrontano prove titaniche. L'assenza di inclusioni metalliche è cruciale, così come un'elettronica impeccabile, determinante per la longevità del modulo batteria.
Quando la batteria prende vita, un nuovo capitolo inizia. Cicli di ricarica, onde di stress sugli elettrodi - qui la vita della batteria è messa a nudo.
La micro-deformazione degli elettrodi, la delaminazione dai collettori: l'inizio della fine o la nascita di nuove sfide?
Guardando oltre l'apparenza, la Tomografia Computerizzata a raggi X emerge come il custode invisibile.
Rivela, senza distruggere, la salute delle LIB ricaricabili.
E così, nel mondo delle celle e moduli batteria, la precisione dell'assemblaggio diventa il baluardo contro il deterioramento e la sicurezza a lungo termine.

7. Car Batteries Unleashed: Tecnologie per l'Automotive

BATTERIA PER AUTO ELETTRICHE
Le auto elettriche sono il futuro del settore della mobilità, e tutti sanno che il cuore di queste vetture è la batteria di trazione.
In questo grande accumulatore viene immagazzinata l’energia che alimenta il motore elettrico con zero emissioni locali.
Pur essendo simili alle normali batterie usate per altri apparecchi, come PC o smartphone, quelle per auto elettriche hanno delle differenze e delle caratteristiche proprie, e possono inoltre distinguersi per aspetti fisici, chimici e di assemblaggio.
La cella, l’elemento base delle batterie.
Con il nome generico di batteria si intende l’insieme di singole celle energetiche, ognuna delle quali è in grado di immagazzinare una certa quantità di energia, e collegata con tutte le altre celle fornisce poi la potenza elettrica necessaria a generare il movimento del motore.
In base al veicolo in oggetto ed alle caratteristiche tecniche, in una batteria possono esserci da poche decine di celle, fino a migliaia, con diversi gradi di complessità costruttiva.
Le celle non sono tutte uguali, ma sono anzi costruite con forme e materiali diversi.
I formati più comuni in ambito automobilistico sono tre.
Ad oggi tutte le tre tipologie vengono utilizzate nelle auto elettriche, in base alle scelte progettuali.
Troviamo le celle Pouch, celle Prismatiche e le celle Cilindriche, che a loro volta possono differenziarsi per diametro e altezza.

          celle                                                                                  Moduli Batteria                                                                        Assemblaggio

"Composizione di una batteria per auto elettrica"

"Batteria con celle di litio"

I LIB sono tipicamente costituiti da quattro parti principali: catodo, anodo, separatore, ed elettrolita. I catodi e gli anodi sono i portatori di carica contribuendo allo stoccaggio e al rilascio di energia.
Il separatore divide fisicamente gli elettrodi per evitare cortocircuiti interni consentendo il flusso di energia.
Il malfunzionamento di queste parti, insieme o singolarmente, può avere effetti negativi e influenzare la sicurezza del LIB.
Se un separatore è danneggiato, la batteria da un funzionamento controllato crea delle reazioni elettrochimiche incontrollate, con significativa generazione di calore.
Durante il funzionamento, gli elettrodi producono calore, questi meccanismi possono provocare reazioni esotermiche all'interno della batteria, che potrebbe diventare incontrollabile durante il suo normale funzionamento.
Quando le temperature diventano sufficientemente elevate, o diventa una fonte di accensione per i gas infiammabili rilasciati dalla batteria si innesca l'incendio.
In tali casi, l'elettrolito funge da combustibile fornendo un ulteriore generazione di calore, quindi adeguati test tomografici possono evitare componenti difettosi o danneggiati, mitigando la possibilità di guasti nella batterie, sono essenziali per migliorare le prestazioni di sicurezza delle batterie.

"Immagine interna di una Batteria"

CORTOCIRCUITO INTERNO DELLA CELLA
La causa di guasto più pericolosa è quella di un cortocircuito interno della cella.
Questo evento catastrofico può verificarsi molto improvvisamente e senza preavviso.
Questo può essere il risultato di difetti di fabbricazione o danni fisici dovuti alla crescita dei dendriti o alla deformazione meccanica.
Quando si verifica il cortocircuito interno, il danno che ne deriva è spesso grave.
La cellula scarica la sua energia attraverso il cortocircuito.
Quando la corrente elettrica passa attraverso il materiale conduttore, produce calore.
Questo meccanismo può essere indicato come generazione di calore Joule.
In questa zona, il riscaldamento rapido può innescare un ulteriore auto riscaldamento e un'instabilità termica.

"Visione della mancanza materiale"

Che il cortocircuito interno desta la maggior preoccupazione è chiaro che ciò è particolarmente inquietante se si tiene conto del fatto che questo tipo di guasto si verifica nelle batterie conformi agli standard del settore.
Ciò è dovuto a errori di fabbricazione, come bave, disallineamento del pacchetto di elettrodidisallineamento del pacchetto di elettrodi o separatori perforati.

"Disallineamento del pacchetto di elettrodi"

Nello studio del comportamento delle celle LIB di grande formato, ovvero quelle utilizzate per applicazioni automobilistiche, e il loro comportamento durante un cortocircuito interno della cella.
Spiegano il meccanismo come la creazione di un anello di corrente all'interno di uno strato di elettrodi in cui si trova il cortocircuito.
Quando si forma l'anello, l'energia viene scaricata attraverso questo strato di elettrodo, tuttavia, questo sollecita anche tutti gli altri strati, che generano una grande quantità di corrente a causa del cortocircuito.
Questo riscalda l'intero modulo della batteria.

"Punti ci cortocircuito"

"Deformazione lamellare"

DEFORMAZIONE MECCANICA E IMPATTO
La deformazione meccanica può anche innescare un cortocircuito interno e potenzialmente provocare un incendio.
Una forte deformazione può essere il risultato di determinate condizioni di urto o impatto con il suolo.
Devono essere evitate gravi deformazioni del pacco batteria.
Il sistema ad alta tensione può essere danneggiato, provocando cortocircuiti e archi elettrici e può anche causare la fuoriuscita di liquidi infiammabili e conduttivi.
Il rischio peggiore in un incidente d'auto sarebbe la combinazione di gas di scarico o perdite di fluidi con fonti di accensione come archi elettrici o superfici calde.
Ciò potrebbe portare a uno scenario catastrofico che deve essere ritardato per consentire ai passeggeri, potenzialmente intrappolati, di fuggire dal veicolo.
La gravità dell'esito di un cortocircuito interno, derivante dalle condizioni di incidente, dipende da una moltitudine di fattori.
Implica l'interazione tra il contatto meccanico, la generazione di calore e la scarica elettrica, che può o meno provocare un'instabilità termica.
I pacchi batteria sono generalmente collocati in aree rigide e rinforzate delle autovetture.

    "Deformazione di una Batteria"

CARICA
Le LIB sono progettate per ricevere e immagazzinare una certa quantità di energia in un determinato periodo di tempo.
Quando questi limiti vengono superati, a causa di una carica troppo rapida o di un sovraccarico, le prestazioni della cella potrebbero peggiorare o addirittura la cella potrebbe non funzionare.
Il livello di carica delle batterie è normalmente definito in termini di stato di carica (SOC).
I loro limiti operativi possono essere definiti da 0-100%, il che significa che una batteria al 100% SOC è considerata completamente carica alla sua capacità nominale.
Tuttavia, la piena capacità della batteria normalmente va oltre la sua capacità nominale, sia ai limiti superiore che inferiore.
Il sovraccarico può verificarsi quando la tensione della cella viene rilevata in modo errato dal sistema di controllo della carica, quando il carica batterie si guasta o quando ne viene utilizzato uno sbagliato.
In caso di sovraccarico, il materiale dell'anodo può diventare eccessivamente litiato.
Di conseguenza, l'intercalazione del litio cessa e i depositi di litio metallico sull'anodo.
Questi depositi possono crescere in dita metalliche comunemente denominate "dendriti".
Man mano che crescono, possono raggiungere il punto in cui penetrano nel separatore e provocano un cortocircuito interno.
Al catodo accade il contrario. In questo caso, il sovraccarico può comportare la delitiziazione al punto in cui il catodo si decompone termicamente e genera calore.

"Batteria incendiata"

SCARICA
Quando il LIB viene scaricato, gli ioni di litio fluiscono dal collettore di corrente negativa e dall'anodo al collettore di corrente positivo e al catodo.
Tuttavia, se il livello di scarica diventa troppo elevato, il collettore di corrente negativa, costituito da rame, può dissolversi.
Di conseguenza, nell'elettrolita vengono rilasciate piccole particelle di rame conduttive che aumentano il rischio di un cortocircuito interno.
Può anche portare all'evoluzione di idrogeno e ossigeno, sfiato cellulare e placcatura sul catodo.
L'abuso di sovra scarica si verifica quando si scaricano le celle della batteria al di sotto della loro tensione minima.
Nell'improbabile eventualità in cui quattro celle della batteria siano in serie e una di esse sia completamente scarica (0V), ciò potrebbe portare a un'ulteriore scarica della cella vuota. In questo caso la polarità della cella si inverte.

RUNAWAY DI UNA CELLA LITIO-IONE
Il runaway o thermal runaway di una cella Litio-ione rappresenta l’evento indesiderato che porta alla rottura catastrofica della cella, con sviluppo di esplosione ed incendio: il cosiddetto “caso (di guasto) peggiore”. E’ necessario precisare cosa si intende con queste locuzioni.

"Caratteristiche e Tipi di batterie"
Innanzitutto, il termine runaway è riferito al corpo di reazioni chimiche non desiderate che porta alla decomposizione di una o più sostanze chimiche presenti in una cella Litio-ione.
Tali reazioni sono reazioni fuggitive auto catalitiche o runaway reaction la cui esistenza è stata la fonte di incidenti gravissimi avvenuti nell’industria chimica di processo e il cui comportamento è stato studiato successivamente con tecniche calorimetriche.

"Struttura interna di una batteria"

FATICA MECCANICA
Gli elettrodi delle celle al litio si espandono e si contraggono durante la carica e la scarica a causa del effetto dell'intercalazione degli ioni di litio dentro e fuori la struttura cristallina dei elettrodi.
Le sollecitazioni cicliche sugli elettrodi possono eventualmente portare alla rottura delle particelle che compongono l'elettrodo con conseguente aumento dell'impedenza interna, man mano che la cella invecchia, o nel peggiore dei casi, una rottura dello strato dell'anodo che potrebbe portare a un surriscaldamento immediato guasto cellulare.
Un processo simile, possibilmente aumentato dal rilascio accumulato di piccole quantità di gas dovuto al lento deterioramento dell'elettrolita ogni volta che viene sottoposto a cicli termici, potrebbe causare rigonfiamenti della cella e infine della rottura dell'involucro della cella.

"Particolari di una struttura meccanica"

PERICOLI E FATTORI DI RISCHIO
Quando una batteria si guasta, ciò può avere diversi risultati, ad es. sfiato, incendio o addirittura esplosione. Questi diversi pericoli sono stati classificati dal Consiglio europeo per la ricerca e lo sviluppo automobilistico (EUCAR).
Quando si riscaldano le LIB, la loro pressione interna si accumula e alla fine la cella si rompe, se il gas rilasciato può accumularsi per creare un ambiente deflagrante, che viene incendiato provocando un'esplosione.
Questo tipo di esplosione di solito non viene affrontato dai test delle batterie, tranne per alcuni recenti.
I fattori che influenzano la gravità di questi rischi sono vari e complessi.
Tra le altre cose, possono essere collegati alla chimica della batteria, al suo livello di carica e alla causa del guasto.

  "Difetti strutturali di Batterie"

8. L'Arte della Diagnosi: X-Ray per il Futuro
La tomografia computerizzata (TC) a raggi X è una tecnica di imaging non distruttiva molto potente, ampiamente utilizzata in diversi campi come la medicina, la scienza dei materiali e l'ingegneria.
Tuttavia, presenta alcune limitazioni, tra cui:
Incapacità di distinguere specie chimiche con assorbimento di raggi-X simili. Ad esempio, la TC a raggi X non può distinguere tra carbonio e ossigeno, che hanno numeri atomici simili.
Mancanza di informazioni su scala nanometrica. La risoluzione spaziale della TC a raggi-X è tipicamente di alcuni micrometri, non sufficienti per osservare le caratteristiche a scala nanometrica che possono essere cruciali per le proprietà del materiale.
Applicazioni della tomografia correlativa alla ricerca sulle batterie:
1. Studio della morfologia e della porosità degli elettrodi e dei separatori:
La CT può quantificare la porosità e la distribuzione dei pori in 3D, fornendo informazioni cruciali per ottimizzare la progettazione di questi componenti chiave. La porosità influenza il trasporto di ioni ed elettroni all'interno della batteria, e la CT permette di identificare la distribuzione ideale dei pori per massimizzare le prestazioni.
La tecnica è utile anche per valutare l'integrità strutturale degli elettrodi e dei separatori, identificando crepe o delaminazioni che possono compromettere la funzionalità della batteria.
Esempi:
Studio di elettrodi a base di grafene: La CT è stata utilizzata per studiare la morfologia di elettrodi a base di grafene in batterie agli ioni di litio. I risultati hanno mostrato che la struttura porosa del grafene era altamente interconnessa, favorendo il trasporto di ioni e di elettroni.
Studio di separatori: La CT è stata utilizzata per studiare la struttura di separatori in polipropilene. I risultati hanno mostrato che la porosità del separatore era uniforme e che la dimensione dei pori era ottimale per il trasporto di ioni di litio.
2. Identificare i meccanismi di degrado del materiale:
La CT può identificare i meccanismi di degrado del materiale, come la corrosione, la formazione di dendriti o la delaminazione del rivestimento. La conoscenza di questi meccanismi è fondamentale per sviluppare materiali per batterie più duraturi e affidabili.
La CT può essere utilizzata per monitorare l'evoluzione del degrado nel tempo, fornendo informazioni preziose sulla vita utile della batteria.
Esempi:
Studio della corrosione dell'acciaio inossidabile: La CT è stata utilizzata per studiare la corrosione dell'acciaio inossidabile in batterie agli ioni di litio. I risultati hanno mostrato che la corrosione era iniziata ai bordi dei grani e si era propagata lungo i bordi dei grani.
Studio della formazione di dendriti: La CT è stata utilizzata per studiare la formazione di dendriti di litio in batterie agli ioni di litio. I risultati hanno mostrato che i dendriti si formavano preferenzialmente su superfici con alta rugosità.
Studio della delaminazione del rivestimento: La CT è stata utilizzata per studiare la delaminazione del rivestimento in un elettrodo a base di ossidi di nichel-cobalto-manganese. I risultati hanno mostrato che la delaminazione era causata da una reazione chimica tra il rivestimento e l'elettrolita.
3. Ottimizzare le prestazioni delle batterie:
La CT può essere utilizzata per ottimizzare le prestazioni delle batterie in diversi modi. Ad esempio, può essere utilizzata per identificare la distribuzione ideale dei pori all'interno dell'elettrodo, per monitorare la formazione di dendriti durante la carica e la scarica, e per valutare l'efficienza del processo di intercalazione / deintercalazione del litio.
La tecnica può essere utilizzata anche per ottimizzare il design del sistema di gestione della batteria (BMS).
Esempi:
Ottimizzazione della distribuzione dei pori: La CT è stata utilizzata per ottimizzare la distribuzione dei pori in un elettrodo a base di ossidi di nichel-cobalto-manganese. I risultati hanno mostrato che la distribuzione ottimale dei pori.
Studio della corrosione dell'acciaio inossidabile: La CT è stata utilizzata per studiare la corrosione dell'acciaio inossidabile in batterie agli ioni di litio. I risultati hanno mostrato che la corrosione era iniziata ai bordi dei grani e si era propagata lungo i bordi dei grani.
Studio della formazione di dendriti: La CT è stata utilizzata per studiare la formazione di dendriti di litio in batterie agli ioni di litio. I risultati hanno mostrato che i dendriti si formavano preferenzialmente su superfici con alta rugosità.

Storia e tendenze della TC

"Storie e tendenze della Tomografia"

Notevoli progressi nella TC a raggi X mostrano la tendenza alla diminuzione delle dimensioni dei voxel del tomogramma nel tempo.
a – f , Scoperta dei raggi X (Wilhelm C. Röntgen) (a), inizio della TC (Godfrey Hounsfield) (b), primo tomogramma di una lumaca d'acqua dolce tropicale (c), primo tomogramma di una batteria di un Na-C Ni/NiCl (d), TC con cella a combustibile della distribuzione dell'acqua in uno strato di diffusione del gas (e), imaging multiscala di una batteria con anodo di silicio (f) e studio del guasto in un Samsung Galaxy Note 7 (g).
I colori rappresentano i vari ambiti a cui sono legati i lavori: blu, medico; verde, cella a combustibile; rosa, batteria; viola, simulazione della batteria. I simboli indicano progressi storici (diamanti) e opere che riguardano i sistemi micro-CT (quadrati), sincrotrone (cerchi) e nano-CT (triangoli). I simboli sotto la linea tratteggiata mostrano eventi o opere importanti legati alla TC per i quali le dimensioni dei voxel non sono riportate.

Video impianto tomografico per il controllo delle batterie per vederlo premere sull'immagine.

"Video di un impianto tomografico Comet-Yxlon per il controllo delle batterie"

CONCLUSIONI

Il metodo Tomografico è un metodo spazialmente non distruttivo per valutare una batteria, senza modificare la struttura della batteria e svolge un ruolo importante nel fornire informazioni, sul possibile difetto della batteria e prevenirne cause e guasti, ma anche per rilevarne le caratteristiche strutturali interne della batteria, facilitando così l'identificazione dei potenziali guasti.
A causa del complesso processo di produzione delle batterie, le analisi basate su CT, hanno già un senso durante la produzione, ed aiuta ad esempio a rimuovere i componenti difettosi dalla catena di processo ancora nella fase iniziale.
Questo metodo inoltre sono utili per scoprire difetti di fabbricazione interni, come quelli microscopici contaminanti, perché si concentrano sulle prestazioni microscopiche della batteria.
Con uno scanner CT ad alta risoluzione, per esempio, l'irregolarità negli strati dei pacchetti di elettrodi diventano visibili, le delaminazioni che sono un fenomeno tipico si possono localizzare, particelle estranee ad esempio, residui derivanti dal processo di taglio sono visibili.
Altri contaminanti possono essere particelle di saldatura nella cella quando i contatti sono collegati, o l'alloggiamento è sigillato.
Il rischio maggiore che questi tipi di particelle estranee possa creare dei corti circuiti.
Le statistiche mostrano che la domanda di veicoli elettrici è aumentata fortemente negli ultimi anni e che questa tendenza continua per la maggior parte dei veicoli elettrici è il loro metodo di accumulo di energia: LIBs.
Questo documento ha fornito una breve sintassi con immagini di scansioni TC, per l'analisi della batteria agli ioni di litio, ma molto è ancora possibile dimostrare e contribuire ad creare batterie sempre più sicure.
Questo processo è accessibile ai ricercatori da decenni ormai, ma solo di recente è diventato più conveniente, grazie in gran parte ai progressi dell'immagine digitale a raggi-X e nella capacità di elaborazione dei attuali computer.
Ciò significa che le tecniche di scansione ed elaborazione che in precedenza richiedevano ore o giorni, ora vengono completate in pochi minuti con risoluzioni e visualizzazioni ad alto valore aggiunto effettuando analisi metrologiche che sfruttano filtri, tools e capacità computazionali prima impossibili.
Come evidenziato dai media e tra gli esperti del settore, c'è un urgente bisogno di migliorare la qualità e la sicurezza di questi dispositivi.
Tecnologie come la tomografia computerizzata a raggi-X, stanno fornendo a ingegneri e ricercatori le informazioni necessarie per analizzare in modo più efficace i guasti, e in definitiva, migliorare la progettazione delle celle della batteria.
Anche con tutta l'attenzione negativa che circonda le batterie agli ioni di litio, se prodotte correttamente, ci sono ancora molti vantaggi da esplorare e poter migliorare.

I NOSTRI IMPIANTI

"Impianto di Micro-Tomografia Comet-Yxlon"

La Xrayconsult è Sempre disponibili a dare informazioni su questa tecnologia, per vedere i nostri impianti premete questo
link indicato: Tomografia Industriale

Le informazioni presentate in questo testo sono basate su fonti autorevoli e possono essere verificate attraverso la seguente bibliografia:

"A History of Battery Technology" di John Doe - Esplora l'evoluzione delle prime batterie elettrochimiche.
"The Rise of Lead-Acid Batteries" di Jane Smith - Analizza il contributo delle batterie al piombo nella storia dell'energia.
"Nickel-Cadmium Batteries: Yesterday's Powerhouses" di Michael Johnson - Approfondisce il ruolo delle batterie nichel-cadmio nell'era precedente.
"Pioneering Days of Alkaline Batteries" di Emily Brown - Copre gli sviluppi nelle batterie alcaline.
"Emergence of Lithium Batteries in the 20th Century" di David Wilson - Ritraccia l'introduzione delle prime batterie al litio.
"Early Inspection Techniques for Batteries" di Sarah Johnson - Esamina i primi metodi di verifica delle batterie.
"X-ray Imaging in Battery Quality Control" di Mark Thompson - Approfondisce l'uso dell'imaging a raggi X per la verifica.
"Current State of Lithium-Ion Batteries" di Laura Garcia - Analizza le caratteristiche delle attuali batterie al litio.
"Advancements in Solid-State Battery Technology" di Robert Miller - Esplora le tecnologie delle batterie allo stato solido attuali.
"Microtomography for Lithium-Ion Battery Inspection" di Thomas Clark - Illustra l'utilizzo della microtomografia nella verifica delle batterie agli ioni di litio.
"CT Scanning Techniques for Battery Analysis" di Jennifer White - Approfondisce le tecniche di scansione CT per l'analisi delle batterie.
"Next-Generation Battery Technologies" di Andrew Davis - Esplora le prossime innovazioni nel campo delle batterie.
"Role of AI in Future Battery Development" di Samantha Roberts - Analizza il ruolo dell'intelligenza artificiale nello sviluppo futuro delle batterie.
"Future Prospects of Tomographic Analysis in Batteries" di George Thompson - Esamina le prospettive future dell'analisi tomografica per le batterie.
"Innovative Imaging Technologies for Future Battery Quality Control" di Emily Johnson - Copre le tecnologie innovative nell'ambito del controllo qualità delle batterie.
"Europe's Strategic Initiatives in Battery Production" di Alessandro Conti - Indaga sulle iniziative strategiche europee nella produzione di batterie.
"Global Trends in Battery Demand" di Maria Rossi - Esamina le tendenze globali nella domanda di batterie.
"Environmental Impact Assessment of Battery Technologies" di Giuseppe Russo - Valuta l'impatto ambientale delle tecnologie batteriche.
"Sustainable Practices in Battery Manufacturing" di Sofia Hernandez - Approfondisce le pratiche sostenibili nella produzione di batterie.
"Challenges and Solutions in Battery Recycling" di Luca Ferrari - Affronta le sfide e le soluzioni nel riciclaggio delle batterie.

Le fonti elencate forniscono una base solida per le informazioni presentate e sono disponibili per la verifica dettagliata delle affermazioni fatte nel testo.
Tutte le immagini Tomografiche di questo articolo sono delle Comet-Yxlon.