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Il boom dell'elettronica e in particolare dei dispositivi mobili, da una parte, l'industria nascente dell'auto elettrica, dall'altra, hanno reso strategico un settore industriale prima ben poco famoso: quello delle batterie. Batterie a ioni di litio, viene subito da pensare, ma questa "chimica" delle batterie è solo una delle tante possibili, quella che si è affermata negli ultimi anni perché si è dimostrata facile da gestire sia a livello industriale che nell'utilizzo da parte degli utenti.
Le batterie a ioni di litio, infatti, ormai si producono abbastanza facilmente in grandi quantità e vengono usate senza alcun problema da chi compra i dispositivi che le integrano. Hanno una buona potenza specifica (cioè una buona capacità di accumulare e di restituire velocemente energia, un valore che si esprime in W/kg) e resistono quindi bene anche alle ricariche ad alta potenza, che sono molto veloci. Ma non sono affatto l'unico tipo di batterie esistenti, né quelle migliori.
Al contrario, è molto probabile che le batterie a ioni di litio siano le protagoniste di questa prima fase della nuova "battery economy", ma che lascino presto il posto ad altri tipi di batterie, con altri elementi chimici al loro interno. Secondo un recente studio dell'Università del Queensland australiano una delle tecnologie più promettenti, tra le tante, sembrerebbe quella a ioni di grafene-alluminio.
Batterie a ioni di alluminio: a che punto siamo
Secondo i ricercatori dell'università australiana, che hanno condotto diversi esperimenti in cerca della composizione chimica migliore per la batteria del futuro, sostituendo il litio con il grafene-alluminio si ottiene una maggiore capacità della batteria, tempi di ricarica inferiori, durata maggiore della batteria (intesa come prolungata capacità di mantenere la carica massima) e minor rischio di surriscaldamento.
La potenza specifica raggiunta in una batteria a moneta (quelle circolari e piatte) è stata di circa 7.000 W/kg, contro una potenza specifica delle classiche batterie a ioni di litio che si attesta intorno ai 250-300 W/kg nelle applicazioni commerciali e arriva fino a 700 W/kg in quelle sperimentali
Un bel salto in avanti, quindi, che già da solo vuol dire poter creare batterie reggono ricariche ad altissima potenza (e quindi velocissime) senza rischiare di incendiarsi o esplodere.
Meno performanti, invece, sono al momento queste batterie all'alluminio se guardiamo alla densità energetica, cioè a quanta energia possono accumulare per ogni chilo di peso (un valore che si esprime in Wh/kg): le batterie al grafene-alluminio testate dall'Università del Queensland hanno raggiunto il valore di 150-160 Wh/kg, contro i 250-300 Wh/kg di quelle a ioni di litio.
Chiaramente, però, questo valore è destinato a crescere nel giro di pochi anni grazie ad ulteriore ricerca scientifica e a nuove scoperte.
Batterie a ioni di alluminio: produzione e riciclo
Un altro vantaggio di queste batterie rispetto a quelle che usiamo oggi sta nel fatto che il composto chimico al loro interno è più facile da riciclare, proprio perché non contiene litio. Il litio, tra l'altro, è un materiale difficile da estrarre dal sottosuolo e per produrlo in quantità industriali serve un processo abbastanza impattante sull'ambiente.
Il fatto che gran parte delle miniere di litio sparse per il mondo sia poi in mano ad aziende cinesi pone un ulteriore problema geopolitico, difficile da risolvere senza cambiare la chimica delle batterie. Abbandonare il litio in favore di qualunque altro elemento chimico, quindi, di per sé sarebbe vantaggioso per la concorrenza del mercato e, molto probabilmente, anche per l'ambiente.
Batterie a ioni di alluminio: perché oggi non bastano
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I dati di cui abbiamo appena parlato non sono fini a sé stessi ma, al contrario, sono determinanti per capire che tipo di utilizzo possano avere a breve le batterie a ioni di grafene-alluminio. Lo scenario a cui guardare è quello delle auto elettriche, che necessitano di batterie enormi e pesantissime, di capacità compresa oggi tra 50 e 100 kWh per offrire una autonomia compresa tra 300 e 600 chilometri.
Queste batterie sono tutte a ioni di litio e riescono a reggere potenze di ricarica sempre più elevate. Lo stato dell'arte, al momento, è rappresentato dal sistema di ricarica delle auto elettriche Tesla che possono essere ricaricate fino alla potenza di 250 kW di picco grazie ad un sofisticato sistema che le porta alla temperatura ideale prima dell'inizio della ricarica e mantiene tale temperatura per tutto il tempo di ricarica. Fanno ancor di più le colonnine di ricarica del consorzio Ionity, che arrivano a 350 kW, ma nessuna auto elettrica è oggi in grado di reggere una ricarica così potente.
Se ogni colonnina di ricarica Tesla eroga 250 kW di potenza ciò vuol dire che una stazione di ricarica con 10 colonnine preleva, nel caso in cui tutte le prese di ricarica siano utilizzate contemporaneamente, 2,5 MW di potenza. Si tratta di una potenza molto elevata, se consideriamo che una centrale elettrica a ciclo combinato turbogas oggi ha una potenza di circa 650-700 MW. In pratica per ricaricare contemporaneamente circa 2.500 auto Tesla si impegna l'intera potenza di una centrale elettrica.
Se dagli ioni di litio passiamo a quelli di alluminio, in questo identico scenario, la situazione non migliora ma addirittura peggiora: se immaginiamo una ricarica dieci volte più potente, infatti, di auto con una sola centrale se ne possono ricaricare 250. Vero è che i tempi di ricarica si abbattono notevolmente, ma la gestione della rete elettrica si complica di parecchio.
