Progettazione di portabatterie per veicoli elettrici e a comando remoto mediante piccoli blocchi di schiuma chiusa in alluminio racchiusi da tubi di alluminio

Sicurezza più intelligente per le batterie del futuro

Auto elettriche in autostrada e veicoli robotici che esplorano il fondale marino dipendono tutti da batterie che devono restare sicure e fresche. Questo studio esplora un nuovo modo di costruire il “pavimento” che sostiene e protegge quelle batterie. Invece di usare uno strato spesso unico di schiuma metallica, i ricercatori suddividono la schiuma in molti piccoli blocchi, ciascuno avvolto in un tubo metallico. Questa struttura intelligente, ispirata all’osso, è progettata per assorbire gli urti, dissipare rapidamente il calore e facilitare cablaggio e manutenzione.

Dalla struttura ossea al supporto delle batterie

L’elemento chiave di questo progetto è un piccolo cubo di schiuma di alluminio a celle chiuse, delle dimensioni di un cubetto di zucchero, circondato da un breve tubo di alluminio. L’idea è ispirata alla natura: le forme richiamano le ossa delle dita, la colonna vertebrale e il condotto uditivo, che combinano rigidità, assorbimento degli urti e leggerezza. Disponendo molti blocchi identici in schemi opportuni, gli ingegneri possono creare pannelli in grado di sopportare carichi, attenuare impatti e indirizzare il calore, il tutto adattandosi a spazi ristretti all’interno dei veicoli.

Perché scomporre una piastra unica in tanti piccoli blocchi

Le lastre convenzionali di schiuma di alluminio funzionano bene come assorbitori d’urto ma hanno svantaggi. Sono costose da produrre, difficili da sagomare e riparare, e si comportano come coperte termiche che intrappolano il calore anziché dissiparlo. Il nuovo approccio a blocchi affronta tutti e tre i problemi. Poiché i blocchi sono piccoli, possono essere ricavati da lastre standard con strumenti semplici e poi inseriti a pressione in tubi commerciali. I blocchi danneggiati possono essere sostituiti singolarmente. Altrettanto importante, gli spazi tra i blocchi creano percorsi aperti in cui aria o acqua possono fluire, trasformando uno strato una volta isolante in una struttura di raffreddamento efficiente.

Supporto più robusto e raffreddamento più rapido

Il team ha testato dodici forme di blocco e ha scelto un design “simile a una spina” per lo studio dettagliato. Sottoposto a schiacciamento laterale, questo blocco ha assorbito più energia per unità di volume rispetto alla sola schiuma della stessa dimensione, grazie al tubo rigido di alluminio che lo avvolge. Quando disposti in un piccolo pannello per un veicolo sottomarino a comando remoto, nove di questi blocchi hanno supportato carichi di batteria bassi, assorbito energia d’impatto con un margine di sicurezza confortevole e permesso agli ingegneri di instradare i cavi attraverso canali integrati. I test termici hanno mostrato che un pannello sandwich tradizionale in schiuma impiegava circa 15 minuti perché il calore lo attraversasse, mentre il pannello a blocchi conduceva lo stesso aumento di temperatura in solo circa 40 secondi.

Scalare il concetto per le auto elettriche

Per dimostrare che il concetto funziona a scala veicolare completa, i ricercatori hanno progettato uno scudo sottoscocca per un pacco batterie da 450 chilogrammi usando 400 degli stessi blocchi ispirati alla spina, sandwichati tra due piastre di alluminio. L’array di blocchi può assorbire diverse volte più energia d’impatto rispetto a quella che si genererebbe se la batteria cadesse da mezzo metro, e può sopportare carichi circa 25 volte superiori al peso della batteria. Allo stesso tempo, calcoli e simulazioni indicano che il calore condotto attraverso i blocchi e asportato dall’aria in movimento è sufficientemente veloce da raffreddare lo scudo dalle temperature operative estive verso condizioni ambientali nell’arco di decine di minuti a velocità di guida modeste.

Spazio per crescere con raffreddamento e materiali

La natura modulare di questi blocchi apre la porta a ulteriori perfezionamenti. Gli autori delineano opzioni come l’intreccio di tubi per raffreddamento a liquido tra le file di blocchi, l’inserimento di materiali a cambiamento di fase che immagazzinano temporaneamente il calore in eccesso, o la predisposizione di scanalature nel pattern per un flusso d’aria ancora migliore senza compromettere la sicurezza contro gli urti. Poiché i blocchi utilizzano leghe standard e lavorazioni semplici, possono essere adattati a diversi ambienti — dalle strade asciutte ai deserti caldi fino all’acqua salata fredda — regolando dimensioni, spaziatura e materiali aggiunti.

Cosa significa per automobilisti e robot di tutti i giorni

In termini semplici, questo lavoro offre un “armatura e radiatore” più intelligente per le batterie di auto elettriche e robot remoti. I blocchi metallici riempiti di schiuma funzionano come piccoli ammortizzatori che si deformano in caso di urto, mentre le loro calotte metalliche e gli spazi aperti convogliano il calore anziché intrappolarlo. Rispetto alle lastre di schiuma tradizionali, i portabatterie a blocchi sono più facili da costruire, riparare e raffreddare, pur rispettando rigorosi requisiti di sicurezza. Con ulteriori test in condizioni reali di urto e fatica, questo approccio ispirato all’osso potrebbe aiutare i veicoli futuri a diventare più leggeri, sicuri e affidabili senza aggiungere complessità ai loro sistemi di batteria.

Citazione: Dadoura, M.H., Farahat, A.I., Al-Saady, Z.A. et al. Design of electric and remote operating vehicles battery carrier by using small aluminum closed-cell foam blocks shielded by aluminum tubes. Sci Rep 16, 9225 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39720-z

Parole chiave: batterie per veicoli elettrici, schiuma di alluminio, protezione dagli urti, raffreddamento delle batterie, strutture leggere