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Forse non ci hai ancora ragionato a fondo, ma oggi le batterie sono tra i componenti più importanti della nostra vita. Pensa, per esempio, a quella del tuo smartphone: ti permette di inviare messaggi, navigare in mobilità, ascoltare musica in streaming per ore e ore, senza che il dispositivo si spenga. Allo stesso tempo, le batterie interessano sempre più i produttori del settore automobilistico, proiettati verso l'elettrificazione dell'intera linea di automobili.
Insomma, gli accumulatori oggi sono utilizzati in tanti campi della società, e possono essere un enorme aiuto anche per la tutela dell'ambiente e per l'evoluzione delle fonti rinnovabili. Infatti, non esistono solo le batterie al litio, capaci di ricaricare un cellulare in mezz'ora, ma anche alimentatori per auto e altre soluzioni che aspirano anidride carbonica dall'atmosfera in meno di un'ora, offrendo un'aria più pura e respirabile.
Una nuova e interessante tecnologia è poi quella delle batterie polimeriche, realizzate cioè con fogli di resina piuttosto che con metalli. Questa tipologia di batterie sviluppata in Giappone offre un duplice vantaggio: da un lato aumenta la sicurezza della batteria, dato che la resina non rischia di prendere fuoco se perforata. Dall'altro, invece, la produzione è molto più semplice rispetto a quella delle batterie al litio, con un abbattimento dei costi del 90%.
Sapere come si evolvono le batterie ci permette anche di capire qual è il futuro delle tecnologie più usate del decennio: auto elettriche, dispositivi mobili, ma anche pale eoliche e pannelli fotovoltaici. Ecco i progetti più importanti degli ultimi anni.
Batterie al litio: le soluzioni al problema della temperatura
Oggigiorno dispositivi mobili, veicoli elettrici e altri prodotti elettronici sono alimentati da batterie agli ioni di litio, che riescono a conciliare il bisogno di una ricarica veloce a quello di una lunga autonomia. A patto, però, che la loro temperatura non salga troppo, altrimenti si può correre il rischio che l'accumulatore venga danneggiato, accorciandone l'aspettativa di vita. Nei casi più gravi, la batteria può addirittura esplodere e incendiarsi.
A ottobre 2019, però, un gruppo di ricercatori della Penn State University ha presentato una batteria agli ioni di litio con un maggior grado di resistenza al calore. L'accumulatore era in grado di resistere a temperature superiori ai 50 gradi centigradi grazie a un piccolo trucchetto. I ricercatori statunitensi hanno dimostrato che portando la temperatura a 60 gradi, mantenendola per 10 minuti e raffreddandola in maniera veloce si eviterà di danneggiare l'accumulatore.
Questo è possibile grazie ad una lamina di nichel che gli scienziati applicano al polo negativo della batteria, permettendole di riscaldarsi e raffreddarsi rapidamente. Dopo la realizzazione, si è testata la carica di batteria per un totale di 1.700 cicli. Questa invenzione potrebbe essere molto utile soprattutto per le auto elettriche.
Batterie che assorbono anidride carbonica
Un altro progetto in lavorazione è legato alla carica e durata delle batterie ecologiche. Nel 2019, un gruppo di ricercatori del MIT (Massachusetts Institute of Technology) ha inventato una batteria in grado di assorbire l'anidride carbonica dall'ambiente circostante. Il dispositivo utilizza una linea di elettrodi coperti da una sostanza chiamata poli antrachinone. Le molecole di CO2 vengono assorbite durante la carica e poi possono essere rilasciate in seguito, per eventuali usi industriali. I test di laboratorio hanno dimostrato che la batteria potrebbe durare circa 7000 cicli senza perdere la sua efficienza.
La batteria al biossido di carbonio e ioni di litio
Tra i progetti di un team di ricerca dell'Università dell'Illinois a Chicago ne spicca uno che prevede l'utilizzo dell'anidride carbonica in combinazione con gli ioni di litio. Questa particolare "soluzione" garantisce una densità energetica sette volte superiore a quella delle normali batterie al litio: ciò vuol dire che a parità di dimensioni, una batteria al litio e anidride carbonica accumula sette volte l'energia di una batteria agli ioni di litio.
Finora, però, questa tipologia di batteria non ha avuto grande fortuna perché gli accumulatori non consentivano moltissimi cicli di ricarica, dovendo così essere "sostituiti" in brevissimo tempo. A settembre 2019, gli scienziati dell'Università dell'Illinois a Chicago (UIC) hanno provato risolvere questo problema attraverso i cosiddetti "nanoflakes", ossia una combinazione di materiali che impediscono l'accumulo di carbonio sul catalizzatore.
Questa tecnologia ha permesso di effettuare circa 500 cicli di carica senza danni. Naturalmente, si tratta di una tecnologia complessa ed è ancora presto per cantare vittoria. In futuro potremmo avere batterie che prendono dall'ambiente l'energia necessaria per ricaricarsi e caricare, a loro volta, dispositivi mobili ed auto elettriche.
Batterie in grado di archiviare energia: una svolta per le fonti rinnovabili
Le tecnologie da fonti rinnovabili, come l'eolico e il solare, possono generare molta energia. Spesso questa non viene utilizzata totalmente e molte aziende stanno progettando soluzioni per immagazzinare l'energia in eccesso.
Una di queste è la startup australiana Climate Change Technologies (CCT) che ha introdotto una soluzione efficace per l'archivio di energia. Si tratta della prima batteria ad energia termica (TED) nel mondo. Si tratta di un alimentatore modulare costituita da diverse scatole. Ogni contenitore è in grado di immagazzinare circa 1,2 MWh e le singole unità possono essere unite tra loro per creare una batteria dalle dimensioni potenzialmente illimitate.
Invece degli ioni di litio, questa batteria lavora con il silicio fuso, che secondo la CCT si degrada molto più lentamente. I test hanno infatti dimostrato che la batteria può mantenere la sua efficienza anche dopo 3000 cicli di carica, ed è in grado di immagazzinare sei volte energia in più rispetto alle batterie agli ioni di litio.
Auto elettriche: il progetto di Tesla
Tesla è una delle maggiori aziende nella produzione di auto elettriche, tecnologie da fonti rinnovabili e sistemi di stoccaggio. Negli ultimi anni, ha avviato tanti progetti all'avanguardia, grazie soprattutto al suo fondatore e CEO Elon Musk. Nel 2017, l'azienda ha ricevuto un contratto per progettare la batteria agli ioni di litio più grande al mondo. Negli ultimi mesi, la società ha sottoscritto un altro accordo con il Sud Australia per creare una batteria con 64,5 MWh di capacità e 50 MW di potenza, aumentando ancora di più le dimensioni dell'alimentatore. Nel 2020 il progetto continuerà e ancora una volta Tesla sarà una delle principali società impegnate nell'evoluzione delle batterie e sistemi di alimentazione.
Batterie polimeriche: meno costose e più sicure
La risposta per le batterie del futuro potrebbe trovarsi nelle resine con le batterie polimeriche. Questa nuova tecnologia sarebbe in grado di garantire altissimi livelli di sicurezza e allo stesso tempo abbattere del 90% i costi di produzione rispetto alle "classiche" batterie agli ioni di litio.
L'ideatore di questa nuova tipologia di batteria fondata sull'uso di polimeri è Hideaki Horie, un ex ricercatore di punta di Nissan Motor, che ha lasciato la compagnia per fondare la sua startup APB Corp. in Giappone. Il progetto di Horie va a intervenire anche sui meccanismi di produzione della cella della batteria, passando dalla produzione dei semiconduttori a un metodo di produzione più simile a quello usato per l'acciaio. Semplificando il processo, si potranno realizzare celle eliminando parte della lunga lista di passaggi critici e delicati ad oggi necessari per le batterie agli ioni di litio.
La nuova batteria è stata chiamata "All-Polymers Battery" da Horie e ha una struttura al 100% in resina, dicendo addio a elettrodi metallici ed elettroliti liquidi. Il design è bipolare, con una architettura che consente di impilare e collegare le celle direttamente una sopra all'altra. In questo modo, la corrente scorre su tutta la superficie della batteria, la resistenza elettrica diminuisce e il risultato è un aumento della capacità a costi ridotti. La scelta dei materiali permette di garantire anche una sicurezza di molto superiore a quella delle attuali batterie, dato che le resine non rischiano di prendere fuoco quando vengono perforate.
Anche se le batterie polimeriche sono promettenti, questa tecnologia non è priva di difetti. I polimeri non conducono elettricità quanto i metalli e questo potrebbe avere un impatto sulla potenza della batteria. Inoltre, il design bipolare rende difficile il controllo delle singole celle. Al momento queste batterie non sono destinate al mercato delle auto elettriche, ma sono pensate per entrare nel settore degli accumulatori per edifici e centrali elettriche.
