ITFI20110213A1 - Batteria ricaricabile con moto browniano di ioni - Google Patents

Description

DESCRIZIONE DEL BREVETTO PER INVENZIONE DAL TITOLO: “BATTERIA RICARICATILE CON MOTO BROWNIANO DI IONI”

RIASSUNTO: dei pannelli solari inducono un moto browniano agli anioni micronizzati verso il catodo spugnoso, che restituisce l'energia così immagazzinata.

DESCRIZIONE: oggetto del presente trovato è una batteria ricaricabile con moto browniano di ioni: allo stato presente della tecnica, le batterie pesavano esageratamente, dovevano essere ricaricate di sovente; andiamo ora a descrivere lo stato più avanzato della tecnica attuale. Veniamo ora a descrivere la batteria in sé: Fossiriduzione (redox) converte in elettricità l'energia; essa può essere ottenuta con un processo inverso. Il circuito elettrico trasferisce gli elettroni tramite una batteria di più celle da un materiale all’altro, con un rendimento maggiore rispetto a quello del “Camot” (quello a combustione); (1 ) l’anodo' recepisce elettroni (riducendo) (2) il catodo' (ossidando) (3) l'elettrolita è il mezzo di trasporto degli ioni’, e sarà una soluzione acquosa o gel di Sali, leggera in paragone all'energia libera

In cui n = numero di elettroni liberi della reazione stechiometrica; f= costante del Faraday= 96.500 Cai., ossia 26.8 Ampères/ora; E°= energia potenziale V;

(4) per caricare la batteria, si fornisce un flusso continuo di elettroni dall’anodo<*>al catodo<'>in esercizio avviene il flusso inverso con produzione di calore - per esempio nelle pile al cadmio si ha la reazione

mentre nelle pile ad idrogeno,

(5) la capacità teorica delle celle (in Ampères/ora), onde ottenere una data densità di energià in Watt/ora al litro, è la qu

energia specifica in Watt/ora/chilogrammi di batteria, fino a scarica a 20° centigradi; le batterie leggerissime al litio, forniscono una doppia capacità rispettosa quelle alkaliiie: co me si vede in Fiu. 1. nel col lettore positivo (Li4— XM02) si ha l'equazione in quello negativo.

ne consegue che nelle batterie al

litio si ottengono voltaggi di 4 volts contro gii 1.5 volts tradizionali, con una densità di energia di 870 Wh/Kv e 1.180 Wh/L, cioè 5 volte di più delle altre. Mentre l’extra voltaggio ottenuto per la legge di Tafee aumenta logaritmicamente rispetto alla corrente inserita dopo una prima parte curvilinea comune. In Tav. 1 è illustrata la relazione fra la distanza fra catodo (1 ) e anodo (2) è le reazioni in avanti (f= forward) ed indietro (b= backwards); l<'>energia potenziale liberata K vale

Ove a= mi/ml m2 ove l’energia potenziale in gioco. F- è il numero di Faradey E è l<'>energia liberata. RT è il solito rapporto dell’equazione P\- RT. Se ne deduce che la pila, per essere leggera, deve essere porosa o micronizzata, onde aumentareVenergia interna rispetto alla superficie di attacco ed avere i due poli i più ravvicinati possibile: ed in ogni caso, col passare del tempo, gli elettrodi si deteriorano, ragion per cui la batteria vecchia non si ha più generazione di energia; ciò è dovuto principalmente alla resistenza interna delle celle, espressa in Ohm; (7) altra misura della capacità di una batteria è la sua potenza in Volt, cioè l'energia necessaria teorica in Wh da essa ottenuta; una certa perdita si ha per polarizzazione. (8) Ed ecco allora l'idea scaturita dal don. Raoul Cangemi: polverizzare l’anodo, in modo da farlo muovere di moto browniano nelFelettrolita. ci penserà una batteria solare ad effettuare la ricarica ad ogni soleggiata, creando una migrazione di anioni dall’anodo verso il catodo, sparsi nella soluzione ed un ritorno in fase di generazione di corrente. La batteria risulterà pertanto sempre carica e non si lamenterà l’inversione di voltaggio a batteria scarica. (9) Ricordiamo infatti che il moto browniano è il moto disordinato delle particelle (nelfordine del micron) presente in fluidi a sospensioni fluide, indipendentemente dalla natura delle particelle stesse; tale disordine è dovuto al fatto che le particelle subiscono un gran numero di urti (scattering), da parte delle molecole del fluido in cui è immersa; più piccole sono le particelle, e più esse si agitano (e di qui il Premio Nobel sulla nanotecnologia appena consegnato, che ha portato agli estremi tale evento), con attrito viscoso F<‘>= λν<'>essendo λ il coefficiente di attrito viscoso; per cui si può scrivere che (per la F= ma), essendo M la massa della particella immersa nel fluido in posizione r<‘>nel tempuscolo t+δΐ dv (t)/dt= -(λ/m) v(t)+f (t)/M; in esse il primo membro è indice delFattrito viscoso, il secondo membro delle forze attrattive tali da segnare in un tempuscolo 6t. uno spostamento 6r<*>in una variante gaussiana SDòt; in essa la costante definita D= 1⁄2 limite per t tendente all’ infinito [(ri<2>(t)]/t viene denominata coefficiente di diffusione di Einstein: ne deriva l’equazione di Einstein [ri<2>=a circa (Λ/λ<2>) t = 2Dt, vale per tempi lunghi t assai più grandi di M/ λ (10) L’equazione di diffusione in presenza di forze esterne non nullei secondo la Fukler-Plank vale:

6p/6t= -3⁄4*+ [(E<">/ λ)]ρ-ϋ 3⁄4* p ove u è l’energia potenziale generante la forza esterna F \ che nella nostra batteria viene generata da un collettore solare. (1 1 ) Purtuttavia la batteria non funzionerebbe se non si moltiplicassero i punti attrattivi, rendendo poroso il catodo, ciò che è stato realizzato nelle seguenti tesi di Dottorato. (1 ) Nel 2000 Francesco Nobili produsse a Camerino elettrochimicamente catodi a base di ossidi misti di litio, nickel e cobalto. In particolare, il materiale chimicamente attivo (90% di Lt2 COyN i i _yO2) è stato legato al binder (5% di polivinil soluto in tetra<”>idrofluorano); il materiale carbonioso finemente suddiviso (5% di acetilene black/AB alfa) assicura il contatto elettrico tra le singole particelle di materiale attivo; il tutto viene mantenuto per una notte sotto vuoto a 120° centigradi al fine di eliminare il solvente residuo e l’umidità assorbita durante la preparazione; il materiale elettrolitico così ottenuto, viene disperso col metodo dello spraycoating. su fogli di alluminio fungente da catodo. Nel 2001. alla Sapienza dì Roma, il dott. Paolo Prosini sintetizzò leggerissimi materiali elettrolitici ad elevata densità di energia (ferro, fosfato nano cristallino) riscaldando a 500 gradi centigradi un precursore amorfo ottenuto per litiazione chimica del ferro (III) fosfato; la riduzione della taglia cristallina del Li fe P04permette di migliorare le prestazioni elettrochimiche del materiale. rendendolo atto alla realizzazione di catodi da utilizzarsi in batterie litio-ione di potenza ad alta densità di energia (522 Wh/chilogrammo) a 3.4 volts. Nel 2005 presso la Sapienza di Roma, la dottoressa Ilaria Amodei realizzò nuovi materiali per elettrodi negativi in batterie litio-ione, estremamente porosi, per sintesi in template (dopo rimozione della membrana con trattamento termico la micrografia SEM): mostrò un materiale a poli filamentosi: Pelcttrodo consiste in una membrana di policarbonato, elettrodeponendo prima uno strato di Cu e dopo di NL, Sn4; la membrana viene poi rimossa con trattamento termico; ne risulta un materiale nano strutturato assai solubile; l’utilizzo di un substrato conduttore tridimensionale, quale il carbonpaper. assicura condizioni in cui la espansione di volume della fase assorbita viene assorbita dalle strutture di fibre di carbone che. allo stesso tempo, sono in grado di assicurare un buon contatto elettrico, sfruttando un’applicazione particolare dell<'>elettrodeposizione (sintesi in template) che realizzi un vero elettrodo nanostrutturato, in grado di fornire un’ottima risposta elettrochimica. ( 12) 1 materiali usati per il catodo preferibili sono S02Cl2(reazione 2Li ÷ S02Cl22Li CI S02); Cu f2(reazione 2Li Cu f2<=> 2Lif Cu); Agi Cr04 (reazione 2Li-i-Ag2Cr04 *=> Li Cr04+ 2Ag). (13) Gli elettroliti più impiegati nelle batterie al litio sono cloruro di donile o cloruro di sulfurile. Ciò premesso, andiamo a studiare in Tav. 2 la batteria ideale secondo i depositanti l<'>attuale domanda di brevetto: essa sarà cilindrica, onde minimizzare il percorso degli ioni; dal guscio esterno ( 1) proiettante da (2) gli ioni verso il catodo spugnoso (3); il pannello solare (4). potenziato da uno specchio concavo, posto per esempio sul tettino della vettura.

convoglia gli elettroni (5) nel guscio esterno ( 1 ). tramite il regolatore di carica (6). In detto regolatore, se il pannello solare (4) fornisce più energia al frigo ad assorbimento (7) che non la batteria ( I ), si apre la valvola (8), sennò, la (9), verso lo scambiatore ( 12/13), per inviare energia all’eventuale inverter ( 10) e quindi airimpianto elettrico ( 1 1) della vettura. Ricordiamo che il frigo ad assorbimento (7) consiste in un serbatoio di acqua/bromuro di litio, ed un altro solo acqua; l’acqua, evaporando verso il litio, è capace di assorbire anche a bassa temperatura, fungendo da frigorifero. Essendo uno dei difetti delle batterie al litio il surriscaldamento, il pannello solare potrà essere collegato ad un mini-frigorifero ad assorbimento, come su descritto, con bimetallo per la regolazione della temperatura; detto frigo può essere posto sul tettino dell'auto e servire pure il condizionamento della vettura tutta, onde diminuire la potenza necessaria per la propulsione (brevetto Levi D’Ancona Pier Lorenzo n. FI2006A273). e in ogni caso la valvola di sicurezza (8) funzionerà in caso di sovraccarico della batteria. Non stiamo mai troppo a lodare il presente trovato: essendosi moltiplicato il numero dei poli attrattivi grazie alla migrazione degli anioni verso il catodo multi-attrattivo, sì è ridotto al minimo il peso e l'ingombro della batteria, che viene ricaricata automaticamente durante il cammino della vettura. Ne consegue che non si presenta mai la repentina discarica della batteria, diletto di tutte le altre batterie, e si è evitato l'abnorme innalzamento della temperatura, altrimenti dovuto alla concentrazione degli elettroni in periferia del catodo solido: volendo, si può potenziare il pannello solare sul tettino della vettura, onde piazzarvi un frigorifero alto a climatizzare anche la vettura, con notevole risparmio energetico.

Claims (3)

1. RIVENDICAZIONI: 1 ) Bateria ricaricabile con moto browniano degli ioni, caraterizzata dal moto browniano di ioni verso il catodo, sotto Fazione di carica di una sorgente esterna, quale una fotovoltaica.
2. 2) Batteria come rivendicato in 1 ), caratterizzata da ciò che il catodo è spugnoso o dotato di molteplici poli attrattivi.
3. 3) Batteria come sopra rivendicato, in cui il surriscaldamento è limitato dall’impiego di un frigorifero (meglio se ad assorbimento), la cui alimentazione può essere fornita dal pannello solare, capace anche di alimentare la climatizzazione dell'autovettura.