La produzione delle batterie al litio è cresciuta del 76% a febbraio 2019 a livello globale

Nel mese di febbraio 2019, secondo Adamas Intelligence (A.I. è un'agenzia indipendente con sede nell'Ontario in Canada,  che offre ai propri clienti l'analisi aggiornata necessaria per comprendere le tendenze emergenti e le nuove opportunità di business), è stato consegnato il 76% in più di carbonato di litio equivalente ( “LCE”) a livello globale necessario alla produzione delle batterie per i veicoli elettrici passeggeri nuovi rispetto allo stesso mese dell'anno precedente.

Tra tutti i metalli e materiali utilizzati nei catodi batteria EV a livello globale, la fornitura di LCE nel febbraio 2019 ha visto aumentare i guadagni con la crescente adozione da parte della Cina di catodi NCM al posto di catodi LFP, alimentando un incremento dei consumi di LCE per kWh di capacità distribuito.

Un'altra ragione è che veicoli elettrici a batteria e ibridi hanno visto aumentare insieme la quantità venduta del 92% a febbraio dell'anno precedente che a sua volta era cresciuto già dell'87%, il che significa che una quota maggiore di kWh venduta quest'anno è rappresentato sotto forma di celle al litio, al contrario di celle NiMH, che non contengono affatto LCE.

A livello globale, i primi cinque fornitori di celle di LCE a febbraio 2019 sono stati (in ordine discendente) Panasonic con il 23%, LG Chem, CATL, BYD e Samsung SDI. Tutti insieme, questi cinque fornitori si sono accaparrati quasi il 75% di tutto il carbonato di litio, LCE, a livello globale delle batterie per i veicoli elettrici nel mese di febbraio 2019, secondo i dati Adamas Intelligence.

Fonte Adamas Intelligence

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Scoperte forti concentrazioni di terre rare usate anche nei motori elettrici e batterie

Secondo uno studio condotto dalla Georgia State University e Thiele Caolino Co., riportato nel sito web ufficiale dell'Università dello Stato della Georgia, Usa, gsu.edu, nei minerali delle miniere di caolino della Georgia sono state trovate alte concentrazioni di terre rare, tra le quali quelle terre rare pesanti che hanno una richiesta in forte crescita per i molti usi importanti e che adesso sono in gran parte importati negli Stati Uniti dalla Cina.

Le terre rare sono utilizzate per realizzare prodotti ad alta tecnologia, tra cui la risonanza magnetica (MRI), agenti di contrasto, schermi radiografici, macchine a raggi X portatili, laser medicali, fibre ottiche, lenti ottiche, sensori di pressione, monitor e schermi televisivi, lampade fluorescenti, elettrodi delle batterie ricaricabili e magneti permanenti dei motori elettrici.

Ci sono 17 elementi della tavola periodica che sono raggruppati nelle cosiddette terre rare, che comprendono i 15 elementi della serie dei lantanidi (numeri atomici 57 a 71 nella tavola periodica), più scandio (Sc) e ittrio (Y). Gli elementi di terre rare pesanti sono il gadolinio (Gd) e il lutezio (Lu), con numero atomico da 64 a 71 nella tavola periodica.

Thiele Caolino Co. tra il caolino estratto in due cave vicino a Sandersville, Ga., ha fornito ai ricercatori dello Stato della Georgia campioni di minerali, frammenti e graniglia, per l'analisi. I minerali presenti sono stati identificati mediante diffrazione di raggi X, microscopia elettronica a scansione e analisi chimica. I risultati, pubblicati sulla rivista Clays and Clay Minerals, suggeriscono una nuova potenziale fonte di elementi delle terre rare, tra cui gli elementi meno comuni delle terre rare pesanti.

Esaminando i campioni del materiale, caolino dalle dimensioni della sabbia che chiamano grit,  graniglia, hanno verificato la presenza di una particolare concentrazione degli elementi delle terre rare pesanti, dal gadolinio al lutezio. Un arricchimento negli elementi delle terre rare pesanti è interessante e utile perché nella maggior parte dei casi la crosta terrestre si arricchisce più facilmente degli elementi delle terre rare più leggeri. Sono proprio gli elementi di terre rare pesanti però che hanno un valore tecnologico più importante. Dopo aver fatto una separazione tra i vari componenti del materiale consegnato è stato verificato la presenza delle terre rare pesanti con concentrazioni 100 volte circa superiori rispetto a quanto si trova nelle normali concentrazioni nella crosta continentale superiore. Questa scoperta offre buone speranze per estrarre dal caolino buone quantità da questi minerali essenziali allo sviluppo delle tecnologie nuove .

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Il metallo raro "nascosto" nelle auto elettriche, disprosio

A seguito di una conversazione privata, ho chiesto all'amico Corrado di riassumere concetti  essenziali riguardanti le 'terre rare', elementi poco conosciuti ai più quanto importanti per la tecnologie più moderne presenti nella nostra vita di tutti i giorni. Qui di seguito l'interessantissima analisi.

Da sempre guardo con sospetto l’abuso di terre rare che, come ricordano i chimici, comprendono anche elementi in realtà abbastanza diffusi ma poco abbondanti, detto alla vecchia maniera.

E’ quasi con dolore che, giorni fa, ho dovuto modificare un processo industriale basato sul cobalto per sostituirlo con il neodimio, prezioso per i magneti, solo perché in alcuni mercati il cobalto è stato bandito, anche laddove sia completamente ossidato. Stessa sorte toccò anni fa al selenio, sostituito necessariamente con l’erbio, altra terra rara indispensabile per esempio nelle fibre ottiche. E già dalla Cina, dove le terre rare costano poco, è partita un’offensiva vestita di ecologia che costringerà a sostituire l’antimonio con il cerio, in modo da accrescere le difficoltà dei produttori occidentali. Alcuni concorrenti usano addirittura il gadolinio, disperdendolo per sempre, solo per non infrangere un brevetto riguardante la semplice produzione di beni voluttuari. Basti pensare che, grazie alla scarsissima interazione coi sistemi biologici, il gadolinio è l’unico mezzo di contrasto ammesso per analisi mediche importanti come la RMN al cervello.

Riguardo al disprosio, non sarà lui a frenare le auto elettriche, basti pensare che i motori elettrici dei veicoli Renault (i Francesi la sanno lunga nella protezione degli interessi nazionali) non fanno uso di magneti permanenti, così non rischiano ricatti da est. Grazie alle moderne tecniche di simulazione e progettazione elettromagnetica, un motore realizzato con acciaio, rame, vernice, cartone ed eventuale carbonio può oggi pagare anche solo uno o due punti percentuali in efficienza, rispetto ad una alternativa basata su terre rare. Il vero svantaggio è il costo di realizzazione, ma anche questo è in corso di riduzione grazie ad una automazione sempre più spinta (l’industria italiana è messa bene su questo punto, anche grandi costruttori come Siemens ed ABB usano spesso macchine avvolgitrici italiane).

Un rischio più concreto riguarda la produzione di energia elettrica da rinnovabili: i generatori eolici ed idroelettrici oggi raggiungono certe efficienze grazie all’innalzamento del punto di Curie ottenuto con l’addizione di terre rare alle normali miscele di samario-cobalto o, nella maggior parte dei casi, di neodimio-ferro-boro, che permette di operare con magneti di dimensioni ridotte.

Magari torneremo indietro come efficienza, ma non dimentichiamoci che tutte le principali macchine elettriche funzionavano piuttosto bene prima della diffusione nell’industria delle terre rare. 

Quello che mi spaventa sono gli usi in medicina e nelle telecomunicazioni: questi possono davvero mettere in crisi il BAU. Pensate solo che i tubi catodici a colori usati ovunque per mezzo secolo erano basati sull’europio, indispensabile nella produzione del “fosforo” rosso nella terna RGB.

Ing. Corrado Petri

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Smettere di chiamarle terre 'rare'

Hazenite,in Mono Lake

Ci sono 2.550 minerali rari in tutto il mondo e le cosiddette 'terre rare' non  (ripeto: non) sono contenute all'interno di tale lista, non sono sicuramente meritevoli di tale descrizione, dicono due esperti che hanno catalogato ciò che essi considerano essere minerali effettivamente "rari" nel mondo.
Ciò che afferma un team di scienziati (tra cui un geoscientist del museo Stuart Mills)  del Museum Victoria di Melbourne, in Australia, è di avere scoperto un minerale per purificare l'acqua dagli affetti causati dai nitrati, un tipo di inquinamento delle acque causato da fertilizzanti in eccesso (run-off, un problema globale responsabile della proliferazione di alghe). Il minerale di recente scoperta, Mössbauerite, è stato scoperto sulla costa francese nei pressi di Mont Saint-Michel in Normandia. Il Dr Mills ha dichiarato che questo minerale è mescolato con altri elementi, ruggine verde; le ruggini verdi vengono utilizzati per rimuovere le alghe al fine di risolvere i problemi da esse cauati nella zona della Bretagna. "Questo è solo l'inizio", ha aggiunto. Mills crede che questi minerali potrebbero modellare bene tutta la scena di trattamento delle acque verso il futuro.
Il capo ricercatore che ora ha catalogato i 2.550 minerali rari, il dottor Robert Hazan,  scienziato della terra, del Carnegie Institution di Washington, ha stimato che ci siano ancora 1.500 minerali da scoprire. Il suo co-autore della ricerca è Jesse Ausubel della The Rockefeller University. Secondo la loro nuova ricerca, On the Nature and Significance of Rarity in Mineralogy,  gli autori  credono nella possibilità di trovare molti di questi minerali rari attraverso il ritrovamento di indizi rivelatori su quanto sta accadendo o è già successo al di sotto della superficie terrestre. Agli autori non piace il termine 'terre rare' affibbiato a questi elementi, sostenendo che dobbiamo abbandonare quel tag, semplicemente fuorviante dal momento che molte migliaia di tonnellate di questi prodotti vengono estratti ogni anno. Hazen dice che la parola dovrebbe essere riservata per le cose che sono davvero rare - come l' ichnusaite, un minerale creato dall' interazione tra torio e molibdeno, di cui un solo esemplare è stato trovato, esattamente in Sardegna (*).
Gli autori sottolineano che anche le pietre preziose come diamanti, rubini, smeraldi, si trovano in numerose località e venduti in quantità commerciali, e quindi, nello stesso modo delle terre, non è appropriato il termine "rare"  per le pietre preziose. "Se volete regalare alla vostra fidanzata un anello davvero raro, dimenticare i diamanti ', dice Hazan. "Datele l' ichnusite sarda." Ci sono 5.090 minerali conosciute sulla Terra, e meno di 100 costituiscono il 99% della crosta del pianeta. Hazen ha dato il nome ad uno di questi rari minerali. L'Hazenite (identificato da un suo ex studente) che troviamo solo nel Mono Lake nel deserto della California. Classificato come KNaMg2 (PO4) 2.H2O, si tratta di un prodotto dell'azione di microbi nel lago altamente alcalino. Mono si è formato 750.000 anni fa e la sua mancanza di uno sbocco ha provocato un'alta concentrazione di sali. (fonte Investorintel)

 (*)  Sono circa 2.550 i minerali più rari dei diamanti. Microscopici: per molti di loro la quantità totale presente sull’intero pianeta starebbe in un ditale. Nessuno è stato rinvenuto in più di cinque località in tutto il mondo. I più rari dei più rari sono 25: alcuni presenti in uno solo luogo sulla faccia della Terra. Come l'ichnusaite sarda, un fragile minerale scoperto a Su Seinargiu, Cagliari, nel 2013. Se ne conosce un unico esemplare. L’ichnusaite è un molibdato idrato di torio, affine alla nuragheite, un altro minerale rarissimo. Il suo studio è interessante per scoprire l’alterazione del combustibile esausto delle centrali nucleari e l’eventuale rilascio di radioattività durante lo stoccaggio. (fonte: Corriere della Sera)

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Il trattamento con l'idrogeno può migliorare le batterie agli ioni di litio

Jianchao Ye e Morris Wang (LLNL). Foto di Julie Russell

La crescente domanda di stoccaggio di energia impone l'urgente necessità di arrivare a produrre batterie sempre più performanti, in particolare quelle agli ioni di litio, migliorandone la capacità, tensione e densità di energia.
Batterie agli ioni di litio stanno crescendo a livello di mercato per applicazioni  sia nei veicoli aerospaziali che nei  più tradizionali veicoli elettrici,  come le golf car nelle quali vanno a sostituire le comuni batterie al piombo storicamente utilizzate come pure nei veicoli commerciali. Al posto delle pesanti lastre di piombo con elettroliti acidi, la nuova tendenza è quella di utilizzare le batterie agli ioni di litio, essendo molto più leggere, senza richiedere modifiche del sistema di azionamento del veicolo pur potendo fornire la stessa tensione delle batterie al piombo.
Un nuovo orientamento per l'accumulo di energia nelle applicazioni commerciali è quella che riguarda  i materiali di grafene, anche nelle batterie agli ioni di litio oltre che nei supercondensatori (supercaps), che però si scontra con la difficoltà di produrre materiali in grandi quantità e a basso costo. Altro punto critico nei metodi di sintesi chimiche utilizzate frequentemente oggi risiede nel asciare dietro di sé una quantità significativa di idrogeno atomico, il cui effetto sulle prestazioni elettrochimica del ​​grafene è ancora difficile da ridurre o addirittura determinare e capire.
Quei limiti e quel punto critico descritti sopra sembrano essere superati dagli scienziati del Lawrence Livermore National Laboratory (Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti d'America, gestito dall'Università della California e ubicato nella città di Livermore). I loro esperimenti e calcoli multiscala rivelano che il trattamento intenzionale a bassa temperatura del grafene con idrogeno può migliorare significativamente la capacità. In pratica l'idrogeno ha la particolare propensione di interagire e agire sui i difetti del grafene aprendo piccole aperture tali da facilitare la penetrazione del litio nella struttura del grafene migliorando la qualità del trasporto degli ioni.
Per studiare il coinvolgimento dell'idrogeno nei difetti idrogenati e nel miglioramento della capacità del grafene di stoccaggio del litio, il team ha applicato diverse condizioni di trattamento termico in combinazione con l'esposizione dell'idrogeno studiando le prestazioni elettrochimiche tridimensionali degli elettrodi,  3-D graphene nanofoam (GNF) electrodes, che sono composti principalmente da grafene difettoso. Il team ha utilizzato 3-D nanospugne di grafene a seguito delle considerazioni del fatto che con esse vi sono numerose applicazioni potenziali, compreso lo stoccaggio dell'idrogeno, catalisi, filtrazione, isolamento, assorbimenti di energia, dissalazione capacitiva, supercondensatori e LIBS (laser induced breakdown spectroscopy), quindi un potenziale grande mercato.
In sostanza si è arrivati ad un drastico miglioramento della capacita negli elettrodi di grafene nanoschiuma dopo il trattamento con l'idrogeno. Combinando i risultati sperimentali con simulazioni dettagliate, i ricercatori sono stati in grado di rintracciare i miglioramenti delle minute interazioni tra i difetti e l'idrogeno dissociato. Ciò si traduce in alcune piccole modifiche nella chimica e nella morfologia del  grafene che determinano un sorprendentemente enorme effetto sulle performance.
In definitiva la ricerca suggerisce che il trattamento con l'idrogeno controllato può essere utilizzata come strategia per ottimizzare il trasporto e lo stoccaggio col litio e con altri materiali anodici basati sul grafene.

Quale sia questo miglioramento non è stato specificato quindi, come al solito, non possiamo che terminare dicendo: restiamo in ansiosa attesa degli sviluppi della ricerca, dei dati effettivi, e in ultimo delle applicazioni commerciali.

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