7 dati di fatto sulle batterie che non conosce ancora

Le batterie sono una presenza costante. Sa quali sono le batterie più piccole, le più grandi o le più potenti?

Batterie dal calderone della strega

Gennaio 2020  I  6 minuti  I  tecnologia delle batterie

 

Gli attrezzi a batteria sono una presenza costante nella nostra giornata. Partiamo con lo spazzolino da denti elettrico la mattina. Poi al lavoro utilizziamo laptop, notebook e tablet, tenendo sempre d'occhio l'avanzare della giornata sul nostro smartwatch. E poi naturalmente c'è il cellulare con il quale telefoniamo tutto il giorno, controlliamo la posta e, la sera sul sofà, leggiamo i messaggi o chattiamo con gli amici.

Ma cosa sa effettivamente sulle batterie? Questi 7 dati di fatto sulle batterie potrebbero davvero stupirla.

1. Accumulatore vs. batteria

Un accumulatore è semplicemente una batteria che si può ricaricare? Sbagliato!

Le differenze sono sia strutturali che di utilizzo:sia le batterie che gli accumulatori "perdono" energia con la cosiddetta autoscarica. Per un accumulatore ciò accade molto più velocemente rispetto alla batteria. Per gli attrezzi che consumano poca energia, un utilizzo poco frequente o per un tempo più breve, come ad esempio accade con un telecomando, non vale la pena scegliere gli accumulatori, perché sarebbero sempre scarichi. Gli accumulatori sono perfetti per tutti gli attrezzi con un elevato consumo di corrente: fotocamere digitali, notebook, smartphone e naturalmente attrezzi edili a batteria.

La regola generale è che se occorre sostituire le batterie una volta al mese o più spesso, gli accumulatori devono essere la prima scelta.

2. Chi l'ha scoperto?

Come forse può pensare, la storia della tecnologia a batteria è molto antica.

Spesso la batteria Bagdad da 250 v. Chr. viene indicata come la prima batteria al mondo. E ciò naturalmente ha non so che di sensazionale. Non è chiaro se questo artefatto fosse davvero in grado di generare corrente.

La colonna Volta

La prima batteria, come la definiamo oggi, è stata realizzata nel 1800 da Alessandro Volta: la pila di Volta. Produceva corrente sulla base dello stesso principio che trova applicazione nelle odierne batterie: l'energia chimica accumulata viene trasformata in energia elettrica attraverso una reazione di ossido-riduzione elettrochimica. Volta è entrato nella storia come inventore della batteria e dà il nome all'unità di misura della tensione, il Volt. Egli ha posto le basi per i futuri sistemi di conservazione dell'elettricità e ha aperto la strada all'attuale tecnologia a batterie.

Il legame tra elettricità e magnetismo è stato scoperto da André Marie Ampère nel 1820. Anche il suo cognome è stato utilizzato per un'unità di misura: Ampere sta a indicare l'intensità di corrente. A lui si deve tra l'altro il fatto che la potenza della sua batteria venga indicata in Volt e Ampere. Infatti con la stessa tensione (Volt), ma con intensità differenti (Ampere), si possono ottenere potenze di livelli diversi (Watt).

Pertanto sulle nostre piattaforme di batterie trova sempre differenti classi di Ampere, per poter adattare la potenza alla sua applicazione.

 

3. L'accumulatore più piccolo al mondo

Più sottile di un capello umano

Per l'alimentazione elettrica di nanosensori i ricercatori della Rice University di Houston, Texas hanno trovato una soluzione. Una batteria agli ioni di litio diverse migliaia di volte più sottile di un capello umano. In un singolo nanofilo hanno messo tutto ciò che occorre a una batteria al litio: anodi, catodi e strati di separazione.

Disposte e combinate correttamente con super condensatori, le batterie Nano possono fare grandi cose: questi sistemi ibridi in futuro faranno funzionare accumulatori caricabili in pochi minuti e la capacità di carica sarà più elevata rispetto a quella accumulatori tradizionali. Anche se sono necessarie ulteriori ottimizzazioni, i tempi di ricarica della durata di ore possono finalmente rimanere un ricordo del passato.

 

Non Nano, ma pratico

4. La batteria più grande al mondo

La più grande batteria in Australia

Tesla detiene il record

Ma la corsa allo sviluppo della più grande batteria al mondo è solo agli inizi.

Il sistema di accumulo più grande mai esistito, fino al 2019, è la Hornsdale Power Reserve in Australia, ed è stato progettato da Tesla. 129 megawattore di capacità di accumulo. Ma la concorrenza non rimane a guardare, e le tecnologie verdi sono diventate il fenomeno del momento. Una delle aziende impegnate in questo settore è la ditta tedesca EWE Gasspeicher. I suoi accumulatori faranno a meno della tecnologia agli ioni di litio e al suo posto, in gigantesche caverne di sale con una capacità di oltre 100.000 metri cubi, saranno depositati polimeri riciclabili disciolti in acqua salina per realizzare una gigantesca batteria di flusso redox (anche denominata batteria con elettrolita liquido). In questo impianto gigantesco, al più presto a partire dal 2023, potranno essere stoccate 700 MWh.

Un ulteriore, promettente approccio per l'impianto di accumulo di energia più grande al mondo proviene da Mitsubishi Hitachi Power Systems e Magnum Development: le due aziende vogliono costruire nello Stato dello Utah un sistema di accumulo «pulito» al 100%, basato su idrogeno, accumulo di energia ad aria compressa, enormi batterie di flusso redo e celle di combustibile a ossido solido. Magnum possiede cinque caverne di sale che vengono utilizzate come nel progetto EWE precedentemente citato per lo stoccaggio di combustibili liquidi.

Il punto centrale di questo concetto è il seguente: le dimensioni delle caverne di sale fanno sì che la quantità di accumulo sia praticamente illimitata e che alla fine venga circoscritta solo dalla domanda del mercato e dalle tecnologie che producono l'energia. Ciò significa anche che si potrà finalmente accumulare energia verde, proveniente ad es. dall'energia solare o eolica.

Le nostre batterie da 36 Volt non sono le più grandi al mondo, ma hanno potenza adatta alle sue applicazioni di foratura o scalpellatura.

 

 

5. Le batterie più potenti al mondo

Le batterie agli ioni di litio continuano a essere ancora quelle più potenti presenti sul mercato

Queste efficienti batterie, grazie al continuo lavoro di perfezionamento, si basano sempre sulla tecnologia agli ioni di litio, ma hanno una struttura più piccola pur mantenendo la massima densità energetica. Perciò dal 1991 la capacità della batteria agli ioni di litio si è triplicata. Il numero dei cicli di carica è passato da alcune dozzine a fino a diecimila.

E: anche se con una leggera perdita di capacità, rimangono funzionanti per circa 5 anni.

 

Scopra le nostre batterie agli ioni di litio

 

 

6. La batteria del futuro

Potrebbe essere già realtà: corrente prodotta da una molecola del sangue, rifiuti organici e aria

Per quanto potenti possano essere le batterie agli ioni di litio, il loro potenziale di ottimizzazione è praticamente esaurito. Quindi cresce la necessità di impianti intermedi per energie alternative. Inoltre le batterie agli ioni di litio non sono prive di problematiche ambientali e sociali. Tra l'altro necessitano del rarissimo cobalto che viene estratto in condizioni molto difficili. Inoltre il riciclo dei materiali al momento rappresenta ancora un problema. Quindi la ricerca lavora senza sosta per individuare approcci totalmente nuovi:

 

Litio-zolfo anziché ioni di litio

Le batterie al litio-zolfo o Li-S già da molto tempo rappresentano una delle soluzioni più promettenti per rimpiazzare le batterie agli ioni di litio. In teoria permettono di riunire in un'unica batteria più energia, e quindi di ottenere una «intensità energetica» superiore. Questa capacità migliorata tra le 5 e le 10 volte rispetto a quella delle batterie agli ioni di litio, corrisponde a una durata più lunga della batteria tra le due ricariche. La sfida qui riguarda la ricaricabilità della batteria, alla quale attualmente stanno lavorando a pieno ritmo ricercatori e industria.

 

Molecola del sangue e rifiuti organici biodegradabili saranno i materiali delle batterie del futuro?

Una tecnologia delle batterie efficiente in futuro potrebbe basarsi su pochi elementi critici come sodio, magnesio, alluminio o calcio. A tale proposito la batteria agli ioni di sodio (NIB) al momento è il modello più promettente. Un aspetto particolarmente interessante è che, per aumentare la potenza di questa batteria, i ricercatori dell'istituto tedesco Helmholtz di Ulm, si basano su sostanze presenti in una molecola del sangue o nei rifiuti organici biodegradabili come i gusci delle arachidi. Tali sostanze permettono ottime densità di accumulo, una lavorazione semplice, sostenibilità e costi ridotti.

 

L'oro rende le batterie immortali

Presso la University of California i ricercatori hanno sviluppato batterie che in pratica si possono ricaricare all'infinito, le cosiddette batterie ai nanofili. Tali batterie nel processo di carica sono vulnerabili alle rotture. Ma se durante la produzione si utilizza oro in un elettrolita gel, queste batterie possono essere ricaricate più di 200'000 volte in tre mesi senza alcuna perdita di potenza.

Batteria dorata per pressa per tubi

 

La calce come accumulatore

L'elettricità prodotta in eccesso può anche essere accumulata sotto forma di calore. Infatti chi almeno una volta ha dimenticato di bere subito il caffè al lavoro, sa bene che senza un adeguato isolamento il calore si dissipa velocemente.

I ricercatori del Centro aerospaziale tedesco hanno scoperto recentemente la possibilità di accumulare il calore praticamente senza dispersioni per un periodo di tempo illimitato, sfruttando il comportamento chimico dell'idrossido di calcio. Riscaldandolo a una temperatura di 500 gradi centigradi circa, avviene la separazione dell'acqua. Da questo processo ha origine la calce viva (ossido di calcio), un accumulatore di calore ideale dal quale viene nuovamente prodotto l'idrossido di calcio aggiungendo di nuovo acqua e attraverso alcune reazioni chimiche. Quest'ultimo rilascia quindi l'energia accumulata sotto forma di calore più intenso.

Il grande vantaggio di questa tecnologia è che l'acqua e l'idrossido di calcio sono molto convenienti, facili da trasportare e utilizzati da migliaia di anni nel settore edile. Gli scienziati del DLR stanno ancora lavorando allo sviluppo di un procedimento grazie al quale sia possibile dissipare la minor quantità possibile di calore. Ma i risultati attuali sono incoraggianti.

 

1700 km con una carica di metallo e aria

Un'auto è riuscita a percorrere 1700 km con un'unica carica della batteria. Tutto questo lo ha reso possibile una batteria metallo-aria che utilizza l'ossigeno dell'aria per riempire i suoi catodi. Questa struttura la rende notevolmente più leggera delle batterie agli ioni di litio e aumenta decisamente l'autonomia. Se si riuscirà compensare la durata di vita relativamente breve, questo tipo di batteria potrebbe diventare una valida alternativa proprio nel settore automotive.

Fino a quando non sarà così, per la massima libertà e sicurezza dei suoi attrezzi può utilizzare i nostri potenti pacchi batteria in differenti classi di voltaggio.

 

 

 

7. Per concludere, in pratica

Qual è effettivamente il legame tra tensione, Ampere-ora e potenza?

Il mercato offre un'ampia scelta di attrezzi a batteria per le sue applicazioni: trapani avvitatori, seghe, smerigliatrici, perforatori e demolitori, aspirapolvere e molto altro ancora. Per soddisfare i requisiti differenti dei vari attrezzi e applicazioni, le sue batterie funzionano su diverse piattaforme di voltaggio. Queste sono definite dalla tensione 12 V, 22 V o 36 V, e dalla capacità dell'Ampere-ora (Ah), ad esempio 2.6 Ah, 5.2 Ah o 8.0 Ah.

Ma cosa significano queste cifre e come è possibile capire quale sia effettivamente la capacità di una batteria?

La quantità di energia accumulata nella batteria è un parametro per definire la quantità di lavoro che può essere svolto con una carica della batteria. Questo contenuto di energia viene indicato in Watt-ore (Wh). Un Watt-ora è la tensione (V) fornita dalla batteria, moltiplicata per la quantità di carica (Ah) che la batteria può assorbire. Questa indicazione delle Watt-ore indica la potenza di un attrezzo, e quindi ad esempio quanti fori può praticare in un'ora:

 

Calcoli orari

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