Per consentire l'autonomia più ampia possibile tra due cariche della batteria, sono allo studio tecnologie innovative e performanti. La più promettente in termini di sviluppo entro i prossimi 5 anni è quella al Litio Polimeri, attualmente rivolta all'impiego su veicoli elettrici terrestri; tuttavia, le caratteristiche delle batterie costruite con questa tecnologia non ne escludono applicazioni in campo spaziale.
Il U.S. Advanced Battery Consortium (USABC) stabilisce specifici obbiettivi prestazionali , a medio e lungo termine, per le batterie impiegate su veicoli elettrici; al raggiungimento di questi obbiettivi stanno lavorando la NASA e la 3M , nota per le sue conoscenze sui materiali plastici.
| Obbiettivi prestazionali USABC | ||
| Parametro | medio termine | lungo termine |
| Vita (cicli) | 600 | 1000 |
| Vita (anni) | 5 | 10 |
| Massa (kg) | 500 | 200 |
| Volume (litri) | 296 | 133 |
| Tempo ricarica (ore da 80% DOD) |
6 | 3 |
| Autoscarica | 15 (%/48ore) | 15 (%/mese) |
| Potenza di picco(W/kg) | 150 | 400 |
| Densità potenza(W/l) | 135 | 600 |
| Densità energia(Wh/l) | 135 | 300 |
| Energia specifica(Wh/kg) | 80 | 200 |
Caratteristiche tecniche
Le batterie al Litio Polimeri realizzate da 3M sono considerate le migliori soluzioni a medio-lungo termine per alimentare veicoli elettrici, sia terrestri che spaziali. Grandi vantaggi di questa tecnologia sono soprattutto massa e dimensioni ridotte.
| Specifiche singolo modulo | |
| Tensione nominale(V) | 20 |
| Capacità a C/3 (Ah) | 119 |
| Corrente massima(A) | 365 |
| Energia specifica(Wh/kg) | 155 |
| Densità energia (Wh/dm³) | 220 |
| Densità potenza(W/dm³) | 445 |
| Potenza specifica(W/kg) | 315 |
| Vita (80% DoD) | 600 cicli, obbiettivo 1000 cicli |
| Massa (kg) | 15.7 |
| Volume (dm³) | 11 |
| Dimensioni | Secondo le applicazioni |
Chimica delle celle
Le batterie sono composte da celle elettrochimiche interamente allo stato solido, formate da due elettrodi reversibili a ioni di Litio, uno operante come sorgente di ioni di Litio durante la scarica, l'altro come corrisponente "pozzo" per gli ioni di Litio.
- I due elettrodi sono separati da una sottile membrana polimerica, permeabile agli ioni, che funge da elettrolita e da separatore tra gli elettrodi.
- L'anodo è realizzato con una lamina ultra sottile di Litio che funge sia da sorgente di Litio che da assorbitore di corrente.
- Il catodo è realizzato in ossido di Vanadio, unito ad un elettrolita polimerico e a carbonio per formare un composto plastico.
- La temperatura di funzionamento è normalmente compresa tra 60 °C e 80 °C per velocizzare il trasporto degli ioni di Litio e garantire elevata potenza.
Il laminato polimerico
Una cella Litio Polimeri è realizzata da cinque lamine differenti: un isolante, un anodo di Litio, un elettrolita solido polimerico, un catodo di ossido metallico e un assorbitore di corrente.
Il laminato è avvolto per formare una cella; più celle vengono connesse in serie per fornire il voltaggio desiderato. Modificando spessore e lunghezza dei materiali nella cella e nel numero e sistemazione delle celle, si può realizzare una batteria adatta a qualsiasi esigenza.
Controllo della temperatura
La batteria Litio Polimeri costruita da 3M è racchiusa in un sistema di controllo termico che mantiene la batteria alla temperatura di funzionamento ottimale. Il sistema consente alla batteria di operare a una temperatura compresa tra 60 °C e 80°C. Il controllo termico assicura inoltre un funzionamento efficiente delle batterie anche se lasciate scollegate per tre giorni.
Curva di tensione
L'intervallo di corrente operativo è incluso tra 3.2 e 2 V , a seconda del livello di scarica. Contrariamente ad altri tipi di batterie, le batterie Litio Polimeri non hanno reazioni secondarie durante il processo di carica. Il grande vantaggio è che durante la normale carica, l'efficienza Coulombiana delle celle è del 100% e l'efficienza energetica è del 95%.
Vita utile
La vita utile di una cella Litio Polimeri è attualmente pari a circa 600 cicli di carica e scarica, con un obbiettivo, perseguito da 3M, di portarla a 1000 cicli di carica e scarica.
