Come saranno le batterie del futuro?

Se lo stanno domandando in tanti, tantissimi: come saranno fatte le batterie del futuro, e quali performance riusciranno a offrire? Se lo chiedono i curiosi, e se lo domandano ovviamente anche le industrie direttamente interessate. Pensiamo per esempio al mondo dell’automotive, che per sviluppare auto elettriche sempre più efficaci e performanti ha bisogno di batterie leggere, compatte, con una capacità molto elevata a fronte di una sempre maggiore rapidità di ricarica. Fattori che, peraltro, sono fondamentali per diffondere a livello globale l’uso delle e-car in sostituzione delle automobili con motori a combustibili fossili. Ma non tutte le batterie puntano ad avere le medesime caratteristiche: nel caso degli accumulatori impiegati per lo storage stazionario di energia elettrica, infatti, non ci sono requisiti particolarmente restrittivi quanto a peso o a ingombro, con la priorità che viene invece riconosciuta in questo caso ai costi di acquisto, che devono essere i più bassi possibile. Tutto un altro mondo si apre poi, come è noto, sul fronte del riciclo delle batterie a ioni di litio, un tema di fondamentale importanza per lo sviluppo della mobilità sostenibile. Ma come saranno le batterie del futuro per soddisfare tutte queste diverse domande? Ci stanno lavorando all’Empa, un istituto di ricerca sulla scienza e la tecnologia dei materiali in Svizzera: a questo proposito il gruppo di ricerca guidato da Maksym Kovalenko ha recentemente pubblicato due diversi studi sulle riviste Cell Reports Physical Science e Advanced Materials, indicando due possibili vie di sviluppo per le batterie del futuro.

Le batterie del futuro per le automobili elettriche

In questi anni abbiamo imparato a conoscere sempre di più le batterie a ioni di litio utilizzate dalle e-car. Si parla di grandi accumulatori, che presentano un anodo in grafite e un catodo realizzato con diversi materiali, ovvero da un ossido contenente lidio e altri metalli. Ecco, nelle batterie del futuro, per poter accumulare più energia senza aumentare ingombro e peso, si potrà andare ad agire proprio sull’anodo. Una possibile via sarebbe infatti quella di sostituire l’anodo in grafite con un anodo in puro litio. A frenare questa evoluzione è però un ostacolo noto da tempo: il litio metallico presenta infatti la pecca di andare incontro alla formazione di dendriti durante i continui cicli di carica e di scarica, andando quindi a danneggiare nel tempo la cella, che diventa sempre meno performante per via dell’accumulo di litio. La soluzione proposta dai ricercatori dell’Empa, come peraltro da altri gruppi di ricerca nel mondo, sarebbe il passaggio dalle batterie con elettrolita liquido attuali alle batterie a stato solido. Questa tipologia di accumulatori presenta però diverse criticità, a partire del venire meno dell‘area di contatto tra elettrolita ed elettrodo: per aggirare questo ostacolo Empa ha messo a punto una membrana doppio strato in ossido di litio lantanio e zirconio da impiegare come elettrolita, capace a un tempo di impedire l’aumento di dendriti e di garantire un’ampia area di contatto.

Gli accumulatori stazionari di domani

L’attenzione dei ricercatori dell’Empa non si ferma alle sole batterie del futuro delle automobili elettriche. Sapendo che lo sviluppo delle energie rinnovabili come fotovoltaico ed eolico richiede anche grandi e affidabili accumulatori, il loro impegno va anche verso la messa a punto di batterie stazionarie più convenienti. Al giorno d’oggi ad incrementare i prezzi di questi accumulatori sono i materiali utilizzati per la loro produzione, tutt’altro che economici, come nichel, cobalto e litio. Per ridurre i costi senza diminuire le performance i ricercatori hanno ipotizzato l’utilizzo dell’idrossifluoruro di ferro come catodo, aumentando la conduttività del floruro con una struttura cristallina (caratterizzata da una produzione semplice ed economica) capace di aumentare la mobilità degli ioni.