Sviluppo di nuove formulazioni di masse attive contenenti carboni nanostrutturati per l'incremento delle prestazioni in fase di carica in batterie LAB a tecnologia Flooded e AGM

Lead acid batteries (LAB) represent a widely developed technology that is present worldwide in major economic sectors, such as automotive, both traditional and electric, telecommunications, and in UPS. It is a very cost-effective technology that counts on the possibility of up to 95 percent recycling of its components; it is safe, reliable (even at extreme temperatures), and is universally recognized as the leading commonly used electrical energy storage solution. It is expected that the global market related to this technology could reach an estimated fly around $80 billion by 2026, in which the transportation sector, both public and especially private, will have a near centrality. Current limitations of lead acid batteries relate to limited charging efficiency and cyclability, due especially to electrode degradation during both the charging and discharging process. Over time, various precautions have been taken to increasingly improve this technology, and currently research has shifted to identifying the best additives to add to active masses to further improve LAB performance. Therefore, the main objective of this thesis project is to study and test carbon-based nanocomposite materials to be used as additives for the positive active mass (PAM) of LABs. Indeed, carbon-based materials have been shown to improve battery performance, such as cyclability and conductivity, while leading to a more uniform current distribution during both the charging and discharging process. In addition, the addition of carbon-based materials would not only extend battery life but also lead to an increase in capacity and specific power, decreasing the amount of lead used while maintaining the same amount of active mass at the electrode.

Le batterie al piombo acido (LAB) rappresentano una tecnologia ampiamente sviluppata e presente a livello mondiale nei principali settori economici, quali automobilistica, sia tradizionale che elettrica, telecomunicazioni e negli UPS. Si tratta di unta tecnologia economicamente molto vantaggiosa che conta sulla possibilità di riciclo delle sue componenti fino al 95%; è sicura, affidabile (anche a temperature estreme) ed è universalmente riconosciuta come la principale soluzione di stoccaggio di energia elettrica di uso comune. Si prevede che il mercato globale legato a questa tecnologia possa raggiungere un volare stimato attorno agli 80 miliardi di dollari entro il 2026, in cui il settore dei trasporti, sia pubblico che in particolar modo privato, avrà una centralità pressocché assoluta. I limiti attuali delle batterie al piombo acido riguardano la limitata efficienza di carica e la ciclabilità, dovuta in particolar modo alla degradazione degli elettrodi durante sia il processo di carica che di scarica. Nel corso del tempo sono state adottate diverse accortezze per migliorare sempre di più questa tecnologia e attualmente la ricerca si è spostata nell’identificazione dei migliori additivi da aggiungere alle masse attive per migliorare ulteriormente le prestazioni delle LAB. Pertanto, questo progetto di tesi ha come principale obiettivo studiare e testare materiali nanocompositi a base carboniosa da utilizzare come additivi per la massa attiva positiva (PAM) delle LAB. I materiali a base di carbonio hanno infatti dimostrato di migliorare le prestazioni delle batterie, quali ciclabilità e conducibilità, determinando al contempo una distribuzione di corrente maggiormente uniforme durante sia il processo di carica che di scarica. Inoltre, l’aggiunta di materiali a base carboniosa, oltre che allungare la vita della batteria, porterebbe a un aumento della capacità e della potenza specifica, diminuendo l’ammontare di piombo utilizzato pur mantenendo la stessa quantità di massa attiva all’elettrodo.