Immagina di avvicinarti a una stazione di servizio, aprire il serbatoio ed estrarre l'ugello del distributore di carburante. Ma invece del gas, esce una miscela di acqua e alcool. Invece di riempire il serbatoio del carburante, la miscela ricarica immediatamente la batteria della tua auto elettrica.
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Questo è il sogno di John Cushman, uno scienziato della Purdue University che ha sviluppato una batteria "istantaneamente ricaricabile" per auto elettriche. Il metodo di Cushman utilizza acqua, etanolo (lo stesso tipo di alcol che potresti trovare nelle bevande alcoliche), sale e metalli disciolti. Consentirebbe ai proprietari di auto elettriche di ricaricare le proprie auto in modo rapido e semplice, utilizzando le stazioni di servizio esistenti convertite in stazioni di ricarica della batteria.
"Stavamo cercando di trovare un modo ecologico ed economico per alimentare veicoli mobili come automobili, camion e golf car, e farlo in modo da non doverti sedere lì e collegare la tua auto per X numero di ore, "Dice Cushman.
La batteria è un esempio di "batteria a flusso", che utilizza due composti chimici disciolti in liquidi per formare lati caricati positivamente e negativamente. I liquidi vengono pompati in una cella della batteria che converte l'energia chimica in energia elettrica. In genere, le batterie a flusso utilizzano membrane per separare i due liquidi. Ma la batteria di Cushman utilizza acqua ed etanolo e sale per forzare l'acqua e l'etanolo a separarsi in due strati, senza bisogno di membrana. Ciò conferisce alla batteria un vantaggio rispetto alle tradizionali batterie a flusso, afferma Cushman, poiché le membrane sono spesso l'anello debole.
"Le membrane tendono a rompersi e quando si rompono i cortocircuiti della batteria", dice.
Questo metodo consente di costruire un sistema con energia sufficiente in volume per alimentare un'auto.
"Non so se possiamo abbinare ciò che hanno nelle batterie al litio, ma non dobbiamo", afferma Cushman. "In realtà crediamo di avere abbastanza potenza disponibile per accelerare un'auto leggera abbastanza rapidamente, ma forse non così velocemente da 0 a 60 in quattro secondi. Chi ha davvero bisogno di quel tipo di accelerazione? La maggior parte delle auto a gas non si avvicinano."
Mentre le auto elettriche stanno crescendo in popolarità, la ricarica è un problema perenne. Tesla, la cui Model S è l'auto elettrica più venduta in America, fa affidamento su una rete di stazioni di ricarica di destinazione in cui i conducenti possono pianificare di rimanere per diverse ore o durante la notte, o stazioni di sovralimentazione, che caricano le auto in circa 30 minuti. Ma, a seconda di dove stai guidando, queste stazioni possono essere poche e distanti tra loro. Enormi stati del Midwest come Kansas e Missouri ne hanno solo una manciata, per esempio. Ciò significa che un viaggio su lunga distanza in una Tesla richiede un'attenta pianificazione. La paura di rimanere senza carica lontano da una stazione di ricarica è così comune tra i conducenti di auto elettriche che ha persino un nome: "ansia da autonomia".
Cushman prevede che le stazioni di servizio si convertano in stazioni di rifornimento di batterie, forse una pompa alla volta mentre la domanda aumenta. Le stazioni potrebbero utilizzare le loro infrastrutture esistenti e la catena di trasporto per il fluido elettrolitico.
"Le compagnie petrolifere non vogliono vedere tutte le loro stazioni di servizio lasciate sul ciglio della strada", afferma Cushman. "Siamo in grado di pompare i nostri elettroliti attraverso le condutture esistenti. Non c'è nulla di pericoloso; è tutto biodegradabile. "
Gli elettroliti esauriti potrebbero essere scaricati in serbatoi di stoccaggio presso le stazioni di servizio e inviati a una raffineria, idealmente uno alimentato da energia solare o eolica pulita. Lì, potrebbe essere ricostituito e rispedito direttamente alle stazioni di servizio.
"È un sistema a circuito chiuso", afferma Cushman.
Cushman e il suo team, che hanno co-fondato una società chiamata Ifbattery LLC per commercializzare la tecnologia, sono attualmente in trattativa con i militari sull'uso della tecnologia a batteria per alimentare veicoli silenziosi e silenziosi con poca firma di calore per attirare l'attenzione del nemico. Stanno anche cercando di costruire prototipi più grandi e di lavorare con i partner di produzione per portare le batterie sul mercato civile. Cushman pensa che ci sia una "possibilità significativa" che la tecnologia sarà diffusa sulle strade americane tra un decennio, ma esita a fare previsioni.
Sebbene esistano una varietà di tecnologie per le batterie a flusso, hanno lottato per arrivare sul mercato e, quando lo fanno, hanno avuto difficoltà a competere con le batterie agli ioni di litio molto più affermate. "[P] arte del problema con le batterie di flusso è che la maggior parte dei progressi finora sono stati in laboratorio", scrive Peter Maloney in Utility Dive, una newsletter che copre il settore delle utility. "Le batterie agli ioni di litio, d'altra parte, vantano una lunga tradizione di installazioni sul campo in qualsiasi cosa, dai computer e smartphone ai veicoli elettrici e alle strutture di archiviazione connesse alla rete su scala megawatt."
Ma progressi come quello di Cushman possono cambiare l'equazione. Anche il prezzo sarà un fattore: le batterie a flusso precedente tendevano ad usare metalli relativamente costosi come il vanadio. La batteria di Cushman utilizza acqua, etanolo, sale e alluminio o zinco economici.
"La mia responsabilità era fare la chimica", dice Cushman. "Ora è solo un piccolo passo per realizzare un prodotto commercialmente fattibile".
