Ecco il motore per scooter elettrici ad alte prestazioni

La tedesca Vitesco Technologies ha lanciato a Milano un motore per scooter elettrici con potenza paragonabile a 150 cc. La produzione avverrà in base alle richieste

di Andrea Barbieri Carones

(Rinnovabili.it) – Vitesco Technologies ha presentato un motore per scooter elettrici con una potenza tra i 3 e i 7 kW, paragonabile a quella di una 2 ruote da 150 cc. La novità è stata lanciata in occasione di Eicma, il salone delle moto conclusosi alla fiera di Milano il 28 novembre scorso.

Un powertrain da 48 volt, dunque, che alza la soglia della mobilità elettrica visto che fino a oggi gli scooter elettrici erano soprattutto di piccola potenza e basso raggio d’azione. Questo grazie anche all’innovazione, che ha permesso la costruzione di batterie agli ioni di litio con prestazioni sempre migliori.

Il sistema è formato da un’unità di controllo dell’azionamento elettrico (eDCU) e da una macchina elettrica con uno speciale sensore induttivo di posizione del rotore (iRPS). Sulla base di ciò, l’azienda tedesca sta già sviluppando l’unità per l’uso in serie in progetti specifici dei clienti.

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“La nostra attenzione è rivolta soprattutto in Asia, dove le due ruote a motore sono quasi una necessità nella mobilità quotidiana di molte persone. E dove l’elettrificazione sta avanzando”. Così spiega Torsten Bellon, responsabile della linea di prodotti non automobilistici di Vitesco Technologies.

“Questa tendenza non è più limitata alla Cina, ma si estende anche India e Vietnam”. Ossia a paesi che stanno iniziando a mettere in campo regolamenti severi sulle emissioni. Un po’ come accade per i paesi europei e occidentali in genere.

Scooter elettrici, la domanda aumenterà

“Ci aspettiamo che la domanda di due ruote a propulsione elettrica con potenza da 3 a 7 kW aumenti fortemente in tutto il mondo, compresa la Cina, e che questa crescita del mercato sviluppi una dinamica estrema dopo un certo punto di svolta”.

Con quartier generale a Regensburg, Vitesco Technologies è da una ventina d’anni nel segmento delle due ruote. Ma e allo stesso tempo possiede le ultime tecnologie dell’industria automobilistica.

Questo know-how è stato incorporato nella nuova eDCU, l’elemento di controllo centrale del sistema a 48 volt. L’unità di controllo sostituisce l’unità di controllo del motore convenzionale di un veicolo con motore a combustione e include sia la funzione di inverter sia altre funzionalità del veicolo.

“Al fine di ridurre continuamente le dimensioni e in ultima analisi anche i costi dell’unità di controllo, stiamo cercando di integrare ulteriormente l’unità di controllo” sottolinea Bellon.

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Il powertrain punta anche sulle dimensioni contenute. Il sistema ha inverter integrato, così come la eDCU e la trasmissione, introducendo anche lo special inductive rotor position sensor (iRPS). Quest’ultimo, secondo Vitesco, servirebbe però controllo della trazione ad alta qualità.

Secondo le stime, gli scooter elettrici sono destinati a soppiantare quasi del tutto quelli con motore a combustione.

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“.