5 curiosità sulla mobilità elettrica

Dalla storia alla sostenibilità, passando per l’estetica: Wallbox svela 5 curiosità sulla mobilità elettrica

Dopo l’annuncio dello stop entro il 2035 alla vendita di auto alimentate a diesel o benzina, provvedimento arrivato dopo mesi di consultazioni e trattative tra l’Unione Europea e i Paesi membri, non sono mancate le perplessità e i dubbi di chi vede questa nuova realtà ancora troppo lontana e difficile da raggiungere in tempi così brevi. La strada verso una mobilità a zero emissioni è stata ormai imboccata e la diffusione massiva dei veicoli elettrici è diventata, insieme alle energie rinnovabili, uno tra i pilastri della transizione ecologica per lo sviluppo sostenibile.

A questo proposito Wallbox, azienda leader nel settore delle ricariche per veicoli elettrici e di altri dispositivi per la gestione energetica, ha deciso di rivelare le 5 curiosità sulle auto elettriche e sulla mobilità sostenibile per affrontare la questione da alcune prospettive un po’ insolite.

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1. Veicoli elettrici: passato e futuro della mobilità

La mobilità sostenibile è considerata da molti la scommessa tecnologica di questo secolo. In realtà, il tema ha radici profonde che risalgono alla prima metà degli anni ‘30 dell’Ottocento, con lo sviluppo dei primi prototipi di auto elettrica. Questo iniziale periodo fertile ha dato il via ad un susseguirsi di sperimentazioni che hanno sancito la diffusione dell’elettrico in Europa e decretato Parigi come il punto nevralgico della “rivoluzione elettrica”. Nel 1880, quando l’ingegnere francese Gustave Trouvé montò un piccolo motore elettrico e una batteria ricaricabile su un triciclo, fu progettato, a tutti gli effetti, il primo veicolo elettrico al mondo. Silenziose, pulite e sicure, le prime auto “green” avevano tutte le carte in regola per diventare il mezzo di trasporto ideale in città, ma l’arrivo della Seconda Rivoluzione Industriale e la scoperta di una grande disponibilità di petrolio portarono ad un rallentamento nelle sperimentazioni sull’elettrico e un conseguente declino dell’interesse per la mobilità a zero emissioni.

2. Perché elettrico non sempre è sinonimo di sostenibile

Nell’immaginario collettivo le auto elettriche sono sinonimo di “green” e alcuni studi ne hanno effettivamente confermato il minor impatto ambientale rispetto alle auto tradizionali: ovviamente vanno tenute conto alcune variabili, come la scelta del giusto mix energetico con cui sono prodotte e alimentate. A questo proposito, ci sono varie aziende del settore della mobilità che si stanno impegnando a sostenere un nuovo paradigma energetico incentrato proprio sul concetto di sostenibilità a 360 gradi attraverso la gestione integrata e l’ottimizzazione dell’energia prodotta da fonti rinnovabili, riducendo così i costi energetici e il proprio impatto ambientale. Tra i suoi vari progetti, Wallbox ha tentato di concretizzare quest’idea nella propria sede di Barcellona attraverso Sirius: la soluzione all’avanguardia per la gestione dell’energia, che integra e bilancia perfettamente la rete elettrica con le fonti di energia rinnovabile dell’azienda, le batterie, e i veicoli elettrici collegati a Quasar. Più di tre anni fa l’azienda ha lanciato, infatti, Quasar, il primo caricabatterie domestico bidirezionale progettato per trasformare i veicoli elettrici in potenti fonti di energia per case o uffici. Sirius ha permesso a Wallbox di ridurre la bolletta elettrica fino al 45% e di monitorare attentamente le proprie emissioni. L’azienda usa questo strumento per ridurre l’impatto ambientale e raggiungere l’obiettivo zero emissioni entro il 2030.

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3. Raggiungere 100 km di autonomia? Oggi è possibile in meno di 15 minuti!

La terza curiosità riguarda la ricarica dei veicoli elettrici: l’assenza di un’infrastruttura di ricarica adeguata, sia per numero che per tipologia, ha rallentato a lungo la diffusione massiva delle auto “green”, anche se in questi ultimi anni la rete di ricarica nazionale ha conosciuto un forte sviluppo. Secondo l’ultimo report redatto da Motus-E, sulle infrastrutture di ricarica a uso pubblico, l’Italia metta a disposizione circa 21,5 punti di ricarica ogni 100 auto BEV – un dato che fa ben sperare rispetto al futuro, visti anche gli incentivi economici previsti dal Pnrr. Il problema però non riguarda solo la quantità ma anche la potenza: considerando che il tempo che trascorriamo al volante ogni giorno è di circa 1 ora e 25 minuti, per essere davvero efficienti questi punti di ricarica devono essere veloci e funzionare con corrente alternata. Fortunatamente, le soluzioni in grado di offrire queste prestazioni esistono già sul mercato: per esempio, Supernova di Wallbox può arrivare ad una velocità di ricarica pari a 60kw, garantendo ad una vettura 100km di autonomia in meno di 15 minuti, una sessione di ricarica, quindi, pienamente in linea con i ritmi e gli impegni quotidiani.

4. Ricarica domestica? Più intelligente, economica ed ecologica

Non molti sanno, però, che il futuro della mobilità sostenibile risiede nella ricarica domestica: basti pensare che attualmente l’80% delle operazioni di ricarica viene effettuato a casa o sul posto di lavoro. Questo perché avere un caricatore EV nella propria abitazione privata o nel proprio condominio fa risparmiare tempo e denaro, soprattutto se si sceglie di installare, ad esempio, dei pannelli fotovoltaici sul proprio tetto per produrre energia verde. A questo proposito, le soluzioni di gestione dell’energia come EcoSmart di Wallbox facilitano l’interconnessione tra la casa, le fonti rinnovabili e il veicolo, consentendo all’utente di collegare il proprio caricabatterie ai pannelli solari e ricaricare l’EV con energia verde ed economica.

5. Auto elettriche: quali sono i modelli più venduti?

Che il futuro della mobilità sia l’elettrico lo si può appurare dalla varietà di modelli di VE presenti sul mercato: le case automobilistiche stanno infatti adeguando rapidamente la propria offerta per rispondere alle necessità dei consumatori. Attualmente tra le auto più vendute in Italia spiccano la Fiat 500 e la Smart Fortwo, due modelli che nell’aspetto sono abbastanza simili ai classici veicoli a diesel o benzina, quasi non si voglia creare un distacco troppo evidente rispetto all’estetica tradizionale, che nonostante ciò andrà sicuramente ripensata. Anche il design delle automobili, infatti, diventerà un fattore chiave per aiutare gli automobilisti a proiettarsi verso quella che sarà sempre di più una mobilità intelligente e funzionale: i VE avranno una struttura meno ingombrante e più aerodinamica, per alleggerire il peso e risparmiare nelle componenti, mentre gli interni saranno più puliti e progettati per garantire la massima efficienza. A questo proposito, considerata la varietà di auto che verranno lanciate sul mercato, sarà fondamentale investire in caricabatterie adatti alle esigenze presenti e future, come quelli prodotti da Wallbox.

Grazie ad un nuovo processo sintetico è stato creato un elettrolita di solfuro solido dotato della più alta conduttività per gli ioni di sodio più alta mai registrata. Circa 10 volte superiore a quella richiesta per l'uso pratico

Batterie al Sodio allo Stato Solido più facili da Produrre

La batterie allo stato solido incarnano a tutti gli effetti il nuovo mega trend dell’accumulo elettrochimico. E mentre diverse aziende automobilistiche tentano di applicare questa tecnologia agli ioni di litio, c’è chi sta percorrendo strade parallele. É il caso di alcuni ingegneri dell’Università Metropolitana di Osaka, in Giappone. Qui i professori Osaka Atsushi Sakuda e Akitoshi Hayash hanno guidato un gruppo di ricerca nella realizzazione di batterie al sodio allo stato solido attraverso un innovativo processo di sintesi.

Batterie a Ioni Sodio, nuova Frontiera dell’Accumulo

Le batterie al sodio (conosciute erroneamente anche come batterie al sale) hanno conquistato negli ultimi anni parecchia attenzione da parte del mondo scientifico e industriale. L’abbondanza e la facilità di reperimento di questo metallo alcalino ne fanno un concorrente di primo livello dei confronti del litio. Inoltre l’impegno costante sul fronte delle prestazioni sta portando al superamento di alcuni svantaggi intrinseci, come la minore capacità. L’ultimo traguardo raggiunto in questo campo appartiene ad una ricerca cinese che ha realizzato un unità senza anodo con una densità di energia superiore ai 200 Wh/kg.

Integrare questa tecnologia con l’impiego di elettroliti solidi potrebbe teoricamente dare un’ulteriore boost alla densità energetica e migliorare i cicli di carica-scarica (nota dolente per le tradizionali batterie agli ioni di sodio). Quale elettrolita impiegare in questo caso? Quelli di solfuro rappresentano una scelta interessante grazie alla loro elevata conduttività ionica e lavorabilità. Peccato che la sintesi degli elettroliti solforati non sia così semplice e controllabile. Il che si traduce in un’elevata barriera per la produzione commerciale delle batterie al sodio allo stato solido.

Un Flusso di Polisolfuro reattivo

É qui che si inserisce il lavoro del team di Sakuda a Hayash. Gli ingegneri hanno messo a punto un processo sintetico che impiega sali fusi di polisolfuro reattivo per sviluppare elettroliti solidi solforati. Nel dettaglio utilizzando il flusso di polisolfuro Na₂S_x come reagente stechiometrico, i ricercatori hanno sintetizzato due elettroliti di solfuri di sodio dalle caratteristiche distintive, uno dotato della conduttività degli ioni di sodio più alta al mondo (circa 10 volte superiore a quella richiesta per l’uso pratico) e uno vetroso con elevata resistenza alla riduzione.

“Questo processo è utile per la produzione di quasi tutti i materiali solforati contenenti sodio, compresi elettroliti solidi e materiali attivi per elettrodi“, ha affermato il professor Sakuda. “Inoltre, rispetto ai metodi convenzionali, rende più semplice ottenere composti che mostrano prestazioni più elevate, quindi crediamo che diventerà una metodologia mainstream per il futuro sviluppo di materiali per batterie al sodio completamente allo stato solido“.  I risultati sono stati pubblicati su Energy Storage Materials and Inorganic Chemistry .

Un gruppo di scienziati della Lehigh University ha sviluppato un materiale dotato di una efficienza quantistica esterna di 90 punti percentuali sopra quella delle celle solari tradizionali

Nuovo materiale quantistico con un assorbimento solare medio dell’80%

Atomi di rame inseriti tra strati bidimensionali di seleniuro di germanio e solfuro di stagno. Questa la ricetta messa a punto dai fisici Srihari Kastuar e Chinedu Ekuma nei laboratori della Lehigh University, negli Stati Uniti, per dare una svecchiata alla prestazioni delle celle solari. Il duo di ricercatori ha così creato un nuovo materiale quantistico dalle interessanti proprietà fotovoltaiche. Impiegato come strato attivo in una cella prototipo, infatti, il nuovo materiale ha mostrato un assorbimento solare medio dell’80%, un alto tasso di generazione di portatori fotoeccitati e un’efficienza quantistica esterna (EQE) record del 190%. Secondo gli scienziati il risultato raggiunto supera di gran lunga il limite teorico di efficienza di Shockley-Queisser per i materiali a base di silicio e spinge il campo dei materiali quantistici per il fotovoltaico a nuovi livelli. 

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L’efficienza quantistica esterna

Tocca fare una precisazione. L’efficienza quantistica esterna non va confusa con l’efficienza di conversione, il dato più celebre quando si parla di prestazioni solari. L’EQE rappresenta il rapporto tra il numero di elettroni che danno luogo a una corrente in un circuito esterno e il numero di fotoni incidenti ad una precisa lunghezza d’onda. 

Nelle celle solari tradizionali, l’EQE massimo è del 100%, tuttavia negli ultimi anni alcuni materiali e configurazioni avanzate hanno dimostrato la capacità di generare e raccogliere più di un elettrone da ogni fotone ad alta energia incidente, per un efficienza quantistica esterna superiore al 100%. Il risultato di Kastua e Ekuma, però, rappresenta un unicum nel settore.

Celle solari a banda intermedia

Per il loro lavoro due fisici sono partiti da un campo particolare della ricerca fotovoltaica. Parliamo delle celle solari a banda intermedia (IBSC – Intermediate Band Solar Cells), una tecnologia emergente che ha il potenziale per rivoluzionare la produzione di energia pulita. In questi sistemi la radiazione solare può eccitare i portatori dalla banda di valenza a quella di conduzione, oltre che direttamente, anche in maniera graduale. Come?  “Passando” per l’appunto attraverso stati di una banda intermedia, livelli energetici specifici posizionati all’interno della struttura elettronica di un materiale creato ad hoc. “Ciò consente a un singolo fotone di provocare generazioni multiple di eccitoni attraverso un processo di assorbimento in due fasi“, scrivono i due ricercatori sulla rivista Science Advances.

Nel nuovo materiale quantistico creato dagli scienziati della Lehigh University questi stati hanno livelli di energia all’interno dei gap di sottobanda ideali. Una volta testato all’interno di una cella fotovoltaica prototipale il materiale ha mostrato di poter migliorare l’assorbimento e la generazione di portatori nella gamma dello spettro dal vicino infrarosso alla luce visibile. 

La rivoluzione dei materiali quantistici

Il duo ha sviluppato il nuovo materiale sfruttando i “gap di van der Waals”, spazi atomicamente piccoli tra materiali bidimensionali stratificati. Questi spazi possono confinare molecole o ioni e gli scienziati dei materiali li usano comunemente per inserire, o “intercalare”, altri elementi per ottimizzare le proprietà dei materiali. Per la precisione hanno inserito atomi di rame tra strati di seleniuro di germanio e solfuro di stagno. “Rappresenta un candidato promettente per lo sviluppo di celle solari ad alta efficienza di prossima generazione – ha sottolineato Ekuma – che svolgeranno un ruolo cruciale nell’affrontare il fabbisogno energetico globale“.