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Data documento: 10-06-2015

Energy out of thin air
Produrre energia dall’aria

Lithium-air batteries could be the next big thing in the energy storage market, if it wasn’t for their very short lifetime.
Le batterie litio-aria potrebbero essere la prossima grande scoperta per il mercato dell’immagazzinamento dell’energia, se non fosse per il fatto che hanno una durata molto limitata.

An EU-funded project just so happens to have doubled it.
Un progetto finanziato dall’UE è appena riuscito a raddoppiarla.

Since they were first commercialised in 1991, lithium-ion batteries have come a long way.
Dalla loro prima commercializzazione nel 1991, le batterie a ioni di litio hanno fatto molta strada.

The global market is expected to reach EUR 30 billion by 2019, with applications in almost every industry – from intermittent renewable energy storage devices to smartphones and electric cars.
Secondo le previsioni il mercato globale raggiungerà i 30 miliardi di euro entro il 2019, con applicazioni in quasi tutti i settori industriali – dai dispositivi per l’immagazzinamento dell’energia rinnovabile intermittente agli smartphone e le auto elettriche.

But as the machines they power become greedier, engineers across the world have had to start looking into alternatives with a higher storage capacity.
Poiché le macchine che alimentano hanno bisogno di sempre più energia, gli ingegneri di tutto il mondo devono cominciare a esaminare le alternative con una maggiore capacità di immagazzinamento.

>>>  One of these alternatives resides in lithium-air (Li-air) technology – batteries consisting of metal-based anode and air-cathode which constantly extract oxygen from the ambient air.
Una delle alternative sta nella tecnologia del litio-aria (Li-air) – batterie che consistono in un anodo a base di metallo e un catodo-aria che estrae costantemente ossigeno dall’aria dell’ambiente.

‘The main advantage of a lithium-air battery is its high energy density, which is theoretically 10 times higher than that of lithium-ion batteries,’ explains Prof Qiuping Chen, associate Professor at the Polytechnic University of Turin and coordinator of the STABLE project.
“Il vantaggio principale di una batteria litio-aria è la sua alta densità energetica, che è in teoria 10 volte più alta rispetto a quella delle batterie litio-ioni,” spiega il prof. Qiuping Chen, professore associato presso il Politecnico di Torino e coordinatore del progetto STABLE.

‘The biggest challenge, however, is to improve their lifecycle which was only of 50 cycles maximum before the STABLE project.’
“La sfida più grande, però, è migliorare il loro ciclo vitale che era di appena 50 cicli massimo prima del progetto STABLE”.

This figure pales in comparison to that of lithium-ion batteries, which can reach from 400 to 1200 cycles over their lifetime.
Questa cifra è molto inferiore rispetto alle batterie litio-ioni, che possono raggiungere da 400 a 1 200 cicli durante il loro ciclo vitale.

STABLE’s objective was straightforward:
L’obiettivo di STABLE era semplice:

increasing this capacity from 50 to 100-150 cycles and demonstrating this breakthrough in functional cells within three years, with the emerging market of electric car batteries in mind.
aumentare questa capacità da 50 a 100-150 cicli, e dimostrare questo progresso in pile funzionanti entro tre anni, con in mente il mercato emergente delle batterie per le auto elettriche.

‘The project is a complete success in this regard, with a life that has reached 151 cycles,’ enthuses Prof Chen.
“Il progetto ha avuto pieno successo a questo riguardo, abbiamo infatti raggiunto i 151 cicli,” spiega entusiasta il prof. Chen.

‘Although the impact on car mile range per cycle largely depends on the energy density, dimension and quantity of battery cells, we expect it to be quite important.’
“Anche se l’impatto sull’autonomia delle auto per ciclo dipende in gran parte dalla densità di energia, le dimensioni e la quantità delle pile delle batterie, pensiamo che sarà abbastanza importante.”

To get to this result, Prof Chen and his team focused their research on battery anode, cathode, electrolyte materials and technologies, as well as assembly techniques for batteries which play a central role in their performance, cost and environmental impact.
Per raggiungere questo obiettivo, il prof.Chen e il suo team hanno concentrato la loro ricerca sull’anodo, il catodo, i materiali dell’elettrolita e le tecnologie, nonché le tecniche di assemblaggio per batterie che hanno un ruolo centrale per il loro rendimento, costo e impatto ambientale.

‘We improved the lifetime and cyclability of Li-air batteries by different means.
“Abbiamo migliorato la durata e la ciclablità delle batterie Li-air in modi diversi.

First we found highly active bifunctional catalysts capable of effectively regenerating the battery.
Prima abbiamo trovato catalizzatori bifunzionali molto attivi in grado di rigenerare in modo efficace la batteria.

Then, we protected the Lithium anode from dendrites formation using suitable membranes, and finally we increased the stability of the electrolyte to enhance solubility of Li2O2 and avoid cathode clogging.’
Poi, abbiamo protetto l’anodo di litio dalla formazione di dendriti usando le membrane adatte e infine abbiamo aumentato la stabilità dell’elettrolita per migliorare la solubilità di Li2O2 ed evitare l’ostruzione del catodo.”

Prof Chen believes that the multidisciplinary nature of the consortium, with partners specialised in material sciences, electrochemistry, battery assembly design and others, is what made this success possible.
Il prof.Chen crede che la natura multidisciplinare del consorzio, con partner specializzati in scienze materiali, elettrochimica, progettazione dell’assemblaggio della batteria e altro, è quello che ha reso possibile questo successo.

And it should also contribute to its future commercialisation.
E dovrebbe anche contribuire alla sua futura commercializzazione.

‘This was an early stage research project,’ Prof Chen concludes.
“Era un progetto di ricerca di primo stadio,” conclude il prof.Chen.

‘We successfully reached our objectives but only validated these results at laboratory scale.
“Siamo riusciti a raggiungere i nostri obiettivi, ma abbiamo verificato questi risultati solo su scala di laboratorio.

We still have a lot of work ahead in order to bring our new batteries to the market, with challenges ranging from raw materials production to the improvement of Li-air battery technologies and equipments.’
Abbiamo ancora molto lavoro da fare per portare le nostre nuove batterie sul mercato e dobbiamo affrontare difficoltà che vanno dalla produzione di materie prime al miglioramento delle tecnologie e delle attrezzature delle batterie Li-air.”

For further information, please visit:
Per ulteriori informazioni, visitare:

STABLE project website
Sito web del progetto STABLE

Source: Based on an interview with Prof Qiuping Chen.
Fonte: Sulla base di un’intervista con il prof. Qiuping Chen.