Potrebbero essere in grado di alimentare un’automobile per più di 800 km, potrebbero essere ricaricate oltre 2000 volte e hanno una densità energetica 10 volte superiore alle tradizionali batterie.
Un miracolo? No, una sfida che ha tenuto parecchio impegnate le Università di mezzo mondo.
È la batteria litio-aria o litio-ossigeno, e potrebbe superare molti dei limiti che oggi frenano lo sviluppo delle auto elettriche o degli accumulatori per le energie rinnovabili, senza considerare le “piccole” applicazioni, come smartphone e computer portatili.
Molti sono stati finora gli ostacoli. Le batterie litio-aria infatti offrono potenzialità energetiche molto superiori rispetto a quelle fornite dalle attuali batterie, grazie alla combinazione del litio, (un metallo leggero), con l’ossigeno (gas ampiamente disponibile nell’atmosfera), ma il suo sviluppo è stata frenato da problemi connessi alla scarsa reversibilità e alla limitata vita operativa di tali batterie con un ciclo vitale di appena 50 cicli massimo, contro i ben 1200 ottenibili dalle batterie litio-ioni usate abitualmente.
A questo proposito, nel 2012, è nato STABLE (acronimo di “Stable high-capacity lithium-Air Batteries with Long cycle life for Electric cars”), un progetto europeo che si è dato l’obiettivo di migliorare i dispositivi di accumulo energetico, soprattutto per le auto elettriche.
STABLE mira quindi a migliorare le prestazioni delle batterie litio-aria: la combinazione del metallo leggero con il gas ossigeno rende queste batterie le candidate ideali per la propulsione dei veicoli elettrici dal momento che offrono potenzialità energetiche nettamente superiori alle attuali batterie ricaricabili. “Il vantaggio principale di una batteria litio-aria è la sua ampia densità energetica, che è in teoria 10 volte più alta rispetto a quella delle batterie litio-ioni”, spiega il prof. Qiuping Chen, professore associato presso il Politecnico di Torino e coordinatore del progetto STABLE.
Il team multidisciplinare di STABLE ha lavorato sul ciclo di vita di queste batterie che, grazie alla sintesi dei materiali, la sperimentazione di nuovi catalizzatori, la simulazione, la modellazione e l’assemblaggio delle batterie ora raggiunge, dopo tre anni di duro lavoro, i 100-151 cicli. “Era un progetto di ricerca di primo stadio,” conclude il prof. Chen. “Siamo riusciti a raggiungere i nostri obiettivi, ma abbiamo verificato questi risultati solo su scala di laboratorio. Abbiamo ancora molto lavoro da fare per portare le nostre nuove batterie sul mercato e dobbiamo affrontare difficoltà che vanno dalla produzione di materie prime al miglioramento delle tecnologie e delle attrezzature delle batterie litio-aria.”
Su questa strada stanno lavorando anche i ricercatori della University of Cambridge che hanno dimostrato come alcuni di questi ostacoli possano essere superati. Gli scienziati hanno infatti sviluppato un dimostratore di una batteria con una capacità più elevata, maggiore efficienza energetica e una migliore stabilità rispetto ai tentativi precedenti, grazie a un elettrodo di carbonio a base di grafene e additivi che intervengono sulle reazioni chimiche della batteria, rendendola più stabile ed efficiente.
“Nelle batterie agli ioni di litio (Li-ion) utilizzate nei nostri computer portatili e smartphone, l’elettrodo negativo è in grafite, l’elettrodo positivo è costituito da un ossido metallico e l’elettrolita è un sale di litio disciolto in un solvente organico. L’azione della batteria dipende dal movimento degli ioni di litio tra gli elettrodi. Le batterie Li-ion sono leggere, ma la loro capacità si deteriora con l’età, e la loro densità di energia relativamente bassa fa sì che esse abbiano bisogno di essere ricaricate frequentemente” spiegano Liu, Grey e i colleghi di Cambridge.
Ciò che hanno sviluppato, utilizza una chimica molto diversa dai precedenti tentativi, basandosi su idrossido di litio (LiOH) invece di perossido di litio (Li2O2). Con l’aggiunta di acqua e l’uso di ioduro di litio, la loro batteria ha mostrato di “aver bisogno” di meno reazioni chimiche, rendendola più stabile dopo diversi cicli di carica e scarica, secondo i risultati pubblicati sulla rivista Science. “Quello che abbiamo ottenuto è un significativo passo in avanti per questa tecnologia e suggerisce nuove aree di ricerca” dice la prof. Clare Grey.
I ricercatori però avvertono: una batteria litio-aria rimarrà al di fuori del mercato per almeno un decennio.
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