Sarà forse una moto, la Nawa Racer, il primo veicolo ad utilizzare ultra capacitors in nanotubi di carbonio nella trazione elettrica. Una rivoluzione che potrebbe ridurre fino a un terzo il peso e l’ingombro del sistema di accumulo, migliorando anche le prestazioni.

Il CES 2020 che si aprirà il 7 gennaio prossimo a Las Vegas preannuncia rivoluzioni nel settore delle due ruote elettriche. Abbiamo già citato Hypersport Pro di Damon Motorcycles, la prima moto elettrica a guida assistita e assetto variabile. Ora diamo uno sguardo a Nawa Racer, la prima superbike elettrica a batteria ibrida litio-ioni e ultra capacitors.

La presenterà un’azienda francese specializzata nella progettazione dei “supercondensatori” in nanotubi di carbonio, la Nawa Technologies. Dopo aver raccolto 10 milioni di dollari sul mercato dei capitali la start up con sede a Aix-en-Provence sta avviando la produzione industriale dei suoi ultra capacitors. Li metterà in vendita nell’arco di 12 mesi. Ha scelto però di proporli al mercato con un “dimostratore” che ne mettesse a frutto le straordinarie potenzialità. E’ nato così il concept di una moto elettrica dalle grandi prestazioni (accelerazione a 0 a 100 in meno di 3 secondi e velocità massima di oltre 160 km/h) con un un peso però di soli 150 kg. Equivalente o inferiore rispetto alle moto con motore termico e inimmaginabile per le concorrenti elettriche.

Tutto merito dei super condensatori integrati al pacco batteria. Ricaricandosi quasi all’istante e offrendo un’enorme densità di potenza, gli ultra capacitors aumentano le prestazioni della batteria al litio, che può ridursi di dimensioni, peso e capacità senza pregiudicare prestazioni e autonoma del veicolo.

Pochi i dati tecnici dichiarati al Nawa Technologies. Il recupero dell’energia in frenata sulla Nawa Racer è dell’80% (30% su una moto a batteria tradizionale) portando l’autonomia a circa 150 km e a 300 nell’utilizzo puramente urbano. I super condensatori pesano solo 10 kg e permettono di utilizzare una batteria più piccola (ne basta una da 9 kWh). Il peso contenuto entro 150 kg è ottenuto anche con un ampio uso del carbonio nella parte telaistica. Le linee sono futuristiche e l’aspetto generale filante e gradevole. Dalle immagini diffuse sembra di capire che il motore sia integrato nel cerchione della ruota posteriore, come nella finlandese RMK E2. Ulrik Grape, CEO di NAWA Technologies  dichiara che «Nawa Racer è la moto elettrica di domani. È leggera, veloce e piacevole da guidare: unisce ecologia e piacere».

Il sistema ibrido con super condensatori di nuova generazione NAWA Technologies e le batterie agli ioni di litio«è riproducibile su più taglie». Perciò, conclude Grape «non vi è alcun motivo perché non possa essere applicato non solo a motociclette, ma anche auto o altri veicoli elettrici più grandi». (Leggi qui)

Gli ultra capacitors funzionano in qualche modo come il turbo per un motore termico. Possono raccogliere o pompare energia a velocità decine di volte superiore rispetto alle  celle al litio, con una ricarica quasi istantanea (sotto i 20 secondi) e un rilascio istantaneo di tutta la potenza.  Nell’ibrido proposto da Nawa Racer le batterie tradizionali  alimentano assorbimenti di potenza di moderata quantità, gli ulta capacitors  forniscono lo spunto di potenza per le accelerazioni e catturano anche più energia in frenata.  Questo per un milione di cicli e in ambienti critici per temperatura e umidità. Quanto alle potenzialità nel migliorare la frenata rigenerativa, i tecnici di Nawa stimano un vantaggio del 450% circa rispetto alle batterie al litio.  

Gli attuali sistemi di re-gen, infatti, sono costretti a buttare via la gran parte dell’energia generata in frenata  perché il litio si carica così lentamente che non c’è nessun posto dove metterla tutta. La maggior parte dell’energia nella frenata rigenerativa viene così persa sotto forma di calore e solo il 20% circa viene reimmesso nella batteria . Con la tecnologia Nawa, invece, il recupero arriva al 90%.

Lo stabilimento di Aix-en-Provence entrerà in funzione a giorni e dovrebbe aumentare la produzione fino a una capacità di 100.000 celle al mese.  La società afferma che il mercato globale degli ultra capacitori si attesta attualmente a circa 500 milioni di euro, ma si prevede che cresca tra il 400-600 percento nei prossimi cinque anni. Le prima applicazione nel s egmento manifatturiero dovrebbe essere nei veicoli a guida automatica per magazzini, che così potrebbero quasi eliminare i tempi morti dedicati alla ricarica (i tempi di ricarica sono fino a mille volte più veloci di quelli di una batteria al litio).

Uno dei grandi limiti degli ultra capacitors è il costo di produzione. Ma i tecnici di Nawa Technologies ritengono di aver messo a punto un processo molto economico e semplice per produrli, simile a quello adottato per i pannelli fotovoltaici. Il fondatore e COO Pascal Boulanger crede però che  i benefici fondamentali siano quelli ambientali. « Per me _ ha dichiarato _ il fatto più importante è che non stiamo usando litio, cobalto, metalli delle terre rare».  Gli ultra capacitors di Nawa utilizzano solo carbonio e alluminio. «Il nostro carbonio proviene da fonti naturali e sostenibili. Non abbiamo bisogno di estrarlo. Quando ho creato Nawa, era quello che volevo promuovere: costruire batterie più sicure e più pulite».

Mentre la densità di potenza (quantità di potenza erogata per unità di peso) è fuori scala, tutta a favore degli ultra capacitors, la densità di energia è solo il 25% dell’energia per unità di peso che può immagazzinare una batteria al litio. Quindi una batteria per auto con solo un sistema a super condensatori avrebbe solo un quarto della portata. Un altro problema riguarda la perdita di energia anche in situazione di inattività, pari al 10-20% ogni giorno.

I super condensatori in nanotubi di carbonio avrebbero però un altro enorme vantaggio: potrebbero essere integrati nelle parti strutturali del veicolo. Le eccezionali proprietà meccaniche del carbonio permetterebbero infatti di utilizzare la tecnologia Nawa per realizzare carrozzeria e telaio di un’automobile. O la fusoliera di un aereo come prevede un progetto avviato con Airbus. L’idea di ultra capacitors integrati alla carrozzeria in fibra di carbonio è anche alla base della collaborazione tra Mit di Boston e Lamborghini sul progetto della Terzo Millennio, la prima auto del Toro interamente elettrica. Anche Tesla studia la soluzione dei super condensatori e a tal fine ha acquistato la Maxwell  che li produce

Per le proprietá cha hanno questi ultra-capacitors sarebbero particolarmente vantaggiosi su delle citycars o degli scooters, mentre potrebbero risultare poco convenienti specialmente per moto con lunghe percorrenze extraurbane, con poche frenate Con l´acquisizione di Maxwell, Tesla si é assicurata sia tecnologia avanzata riguardo le batterie ad elettrodo asciutto ma anche ultra-capacitors usati per accendere il motore nelle ibride plug-in ed in futuro potrebbero avere utilizzo anche sui loro mezzi elettrici

Ad oggi il campo di applicazione è proprio quello.

La speranza è che utilizzando il grafene negli elettrodi dei supercondensatori, grazie alle proprietà conduttive di questo materiale bidimensionale si potenzierebbe il carbonio attivato utilizzato nei condensatori riducendone il peso aumentando il rapporto Wh/kg mantenendo la proprietà elettrostatica che consente di ricaricarli rapidamente e finalmente di accumulare grandi quantità di energia.

Ma al momento è una speranza.

Ad oggi sembra che anche utilizzando il grafene con i nanotubi di carbonio (stesso elemento con una struttura cilindrica) i supercondensatori non riescono ad arrivare alla stessa densità energetica delle batterie agli ioni di litio.

Se ciò avvenisse saremmo di fronte alla fine dell’era del litio.

Considerando anche il costo che é attualmente molto piú alto ed i materiali utilizzati che al momento non lasciano intuire grande economicitá, ritengo un rimpiazzo nell´arco di tempo prevedibile di alcuni anni alquanto improbabile, mentre se fosse sostenibile un affiancamento sarebbe giá un ottima cosa per l´efficienza dei veicoli

Questa è la tecnologia che tutti stiamo aspettando per lasciarci alle spalle l’era del litio, del cobalto e del nikel.

Una tecnologia così rivoluzionaria che darebbe alle società che la sviluppano e a chi la impiega un vantaggio tecnologico enorme rispetto alla concorrenza.

Il grafene viene indicato da anni come la soluzione definitiva al problema delle batterie. I vantaggi sono enormi: migliore capacità di immagazzinare energia alla carica che avviene in pochi secondi, autonomia elevata, flessibilità dimensionale, peso ridotto e capacità di tollerare temperature alte.

Il grafene è composto da un foglio di atomi di carbonio organizzati in una struttura a nido d’ape ed è dimostrato essere anche il materiale ideale per le capacità di conduzione elettrica che termica. Il filmato è esplicativo in tal senso, in quanto dimostra la flessibilità nel realizzare queste batterie che possono diventare strutturali e formate per realizzare monoscocche strutturali più resistenti della fibra di carbonio ad alto modulo di resistenza. Per cui Lamborghini ha visto giusto.

La sua apparizione dovrebbe avvenire ad opera di Samsung su uno smartphone: l’s11 che dovrebbe averla una batteria capace di garantire un’autonomia 20 volte superiore rispetto agli standard delle batterie agli ioni di litio e consentire una ricarica completa in pochi secondi. Insomma, questa sarà la rivoluzione della batteria, che non servirà solo per smartphone ma anche e soprattutto per la mobilità elettrica.

Questi supercondensatori oltre ad accumulare maggiori quantità di energia con elevate caratteristiche come alta capacità, alta densità di potenza e un lungo ciclo, maggiore stabilità, durata e attività catalitica dovrebbero avere un costo inferiore in rapporto ai materiali utilizzati e un minor impatto ambientale rispetto al litio e cobalto. Si descrive una densità di potenza molto elevata di 1500 W/kg e oltre.

Il grafene, derivato del carbonio, è un materiale che diventerà sempre più fondamentale nelle applicazioni energetiche, grazie alle proprietà fisiche, morfologiche e strutturali.

Uno dei massimi esperti in Italia è il Prof. Massimo Capone della SISSA di Trieste, recentemente nominato Outstanding Referee da Physical Review Letters, la prestigiosa rivista dell’American Physical Society.

Qui alcune sue interviste sulle applicazioni del grafene nell’elettronica e nell’ottica: http://www.raiscuola.rai.it/articoli/nautilus-–-grafene-il-futuro-a-due-dimensioni-pt-8/43348/default.aspx http://www.lescienze.it/lanci/2015/05/12/news/sissa_groviere_quantistiche_per_la_spintronica_del_futuro-2606121/?refresh_ce https://www.sissa.it/sites/default/files/Nanofiocchi%20di%20grafene.pdf http://gaianews.it/scienza-e-tecnologia/materiali-superconduttori-nuovo-studio-chiarisce-il-meccanismo-intervista-ad-uno-dei-ricercatori-11570.html#.XgSjQS_SKhA

Argomento interessantissimo e in assoluto il miglior articolo finora letto con il precedente.

Purtroppo la foto della motocicletta in preview è fuorviante e controproducente, perché non fa rilevare l’importanza dell’argomento e non induce i più alla lettura.

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