I ricercatori della NASA stanno facendo progressi con lo sviluppo di un pacco batterie innovativo che è più leggero, più sicuro e con prestazioni migliori rispetto alle batterie comunemente utilizzate oggi nei veicoli e nei grandi dispositivi elettronici
All’interno delle iniziative per rendere l’aviazione un settore sostenibile trova spazio anche la ricerca per migliorare la tecnologia delle batterie studiando l'uso di celle allo stato solido per applicazioni aeronautiche, come aerei a propulsione elettrica e la mobilità aerea avanzata. A differenza delle batterie agli ioni di litio standard, le batterie allo stato solido non contengono liquidi e ciò le rende meno predisposte al surriscaldamento, agli incendi e alla perdita di mantenimento della carica con l’avanzare del tempo; in linea di principio sono, quindi, più sicure e performanti. Il dipartimento della Nasa che segue e sviluppa questo tipo di batterie, il Solid-state Architecture Batteries for Enhanced Rechargeability and Safety (SABRES), ha appena pubblicato un paper di ricerca sulle ultime scoperte, realizzate grazie anche a diverse collaborazioni, come quella con la Georgia Tech. "La Georgia Tech si concentra molto sulla micromeccanica di come la cella cambia durante il funzionamento. Questo ci ha aiutato a guardare le pressioni all'interno della batteria, il che ci ha poi aiutato a migliorare ulteriormente la batteria...", ha affermato Rocco Viggiano, principale ricercatore di SABERS presso il Glenn Research Center della NASA a Cleveland "… Ci ha anche portato a capire da un punto di vista pratico come produrre una cella come questa e anche a realizzare configurazioni di progettazione più performanti".
Se, infatti, migliorare le batterie per auto elettriche è un lavoro lungo e complesso, progettare il corrispettivo per l’aviazione lo è molto più perché le prestazioni richieste sono considerevolmente maggiori. La batteria deve essere in grado di immagazzinare molta più energia rispetto alla collega automotive, deve essere più leggera e molto più sicura.
Per rispondere a queste necessità SABERS ha sperimentato nuovi materiali (fra cui zolfo e selenio) che hanno prodotto progressi significativi nella scarica di potenza. Durante lo scorso anno, il team ha aumentato con successo il tasso di scarica della batteria di un fattore 10 - e poi di un altro fattore 5 - avvicinando i ricercatori al loro obiettivo di alimentare un veicolo di grandi dimensioni. Inoltre, al posto di alloggiare ogni singola cella della batteria all'interno di involucro in acciaio, tutte le celle della batteria di SABERS possono essere impilate verticalmente all'interno di un unico involucro.
Grazie in parte a questo nuovo design, il dipartimento della NASA ha dimostrato che le batterie possono raggiungere una capacità di 500 wattora per chilogrammo. "Non solo questo design elimina dal 30 al 40 percento del peso della batteria, ma ci consente anche di raddoppiare o addirittura triplicare l'energia che può immagazzinare, superando di gran lunga le capacità delle batterie agli ioni di litio che sono considerate lo stato dell'arte", ha detto Viggiano.
La sicurezza è un altro requisito fondamentale per l'uso delle batterie negli aerei elettrici, soprattutto perché le condizioni in cui dovrà operare sono estreme: i ricercatori dell’agenzia americana hanno testato la loro batteria in diversi ambienti ostili e hanno scoperto che può funzionare a temperature quasi doppie rispetto alle batterie agli ioni di litio, facendo a meno della tecnologia di raffreddamento che è invece necessaria per le celle agli ioni. Il team intende ora spingere i test oltre i limiti, sottoponendo la batteria a temperature ancora più calde.
"SABERS continua a superare i suoi obiettivi", ha affermato Viggiano "Stiamo iniziando ad avvicinarci a questa nuova frontiera della ricerca sulle batterie che potrebbe fare molto di più delle batterie agli ioni di litio. Le possibilità sono davvero incredibili".
SABERS fa parte del progetto Convergent Aeronautics Solutions, nato per fornire ai ricercatori della NASA le risorse di cui hanno bisogno per determinare se le loro idee per risolvere alcune delle più grandi sfide tecniche dell'aviazione siano fattibili e forse degne di ulteriori ricerche all'interno della NASA o dell'industria.
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