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Batterie e nuovi materiali: la Ricerca di Sistema guida l’innovazione

All’Auditorium Testori di Palazzo Lombardia vanno in scena le batterie. Il mercato è in evoluzione, la domanda globale crescente e guidata dalla mobilità elettrica e dall’accumulo stazionario. A fronte della necessità di creare una filiera sostenibile - europea e italiana - per tutta la catena del valore degli accumuli elettrochimici, quale ruolo può avere la ricerca ? Gli ultimi risultati dei laboratori RSE - Ricerca sul Sistema Energetico.



Nell’ambito delle attività supportate dalla Ricerca di Sistema, i ricercatori di RSE - insieme agli altri partner di progetto (CNR ed ENEA in primis) hanno presentato a una platea attenta e numerosa i vantaggi legati allo sviluppo di una filiera italiana delle batterie a ioni-sodio. Forti di una maggiore sostenibilità ambientale ed economica (grazie al minor impiego materiali critici) e prestazioni prossime a quelle del litio questi sistemi di accumulo elettrochimico possono garantire all’industria europea stabilità dei prezzi e maggiore sicurezza nell’approvvigionamento delle materie prime.


“I materiali determinano il 60-70 per cento dei costi delle batterie” esordisce Omar Perego, Project Manager di RSE (ente di ricerca che si occupa di tutta la catena del valore dell’energia, dalla produzione agli usi finali) che introduce e modera le sessioni tecniche del mattino. Le batterie più performanti attualmente in commercio sono costituite da materiali critici e strategici. Occorre quindi percorrere strade alternative: pensare a nuove fonti di approvvigionamento, potenziare il riuso - una seconda vita per allungare la vita utile della batteria - e il riciclo - con il recupero dei materiali da celle esauste.


“Ed è necessario - conclude Omar Perego - che l’innovazione tecnologica si concentri sulla scelta di materiali meno critici, alleggerendo il litio di alcune responsabilità”.

Ed è proprio per questo motivo - alleggerire il litio di alcune responsabilità - che sale sul palco il sodio. Non si tratta di un debuttante. Le batterie a ioni-sodio non rappresentano infatti una tecnologia innovativa, ma di certo la più promettente tra quelle post litio: stessi principi chimici del litio, meno Critical Raw Materials. Nelle batterie ioni-sodio restano tuttavia alcuni ostacoli da superare: ad esempio, l’NA+ non può intercalare nella grafite naturale (che è materiale critico); bisogna quindi trovare altri materiali anodici che siano prodotto di sintesi.


Il più comune di questi è il cosiddetto hard carbon, il materiale anodico principe che nelle batterie a stato solido può essere NA-metallico. L’hard carbon può essere una alternativa efficace nelle applicazioni che non richiedono potenze elevate e dove il costo e la sostenibilità dei materiali giocano un ruolo significativo.


“Il successo dell’hard carbon è legato alla sua capacità specifica- racconta Claudia Paoletti, ricercatrice ENEA. La sintesi avviene tramite pirolisi sottovuoto della lignina, un polimero naturale derivato dalla lignificazione delle piante, a basso costo e facilmente disponibile. Il processo ha una resa del 30 per cento”.

Altri anodi alternativi sono stati illustrati da Stefano Marchionna, ricercatore RSE. Si tratta di una famiglia di materiali - MAXphase e MXeni - molto innovativi di origine organica, non pensata per l’ambito storage. “Ma abbiamo voluto crederci” - chiosa Marchionna. Si tratta di carburi o nitruri lamellari esagonali, strutture che possono essere chimicamente smontate e che danno origine a materiali chiamati MXeni (si pronuncia MaXeni) - “una meravigliosa lasagna senza il ragù” - che hanno molteplici ambiti applicativi.


Intercalando facilmente molti ioni, sono infatti materiali molto stabili e hanno buona reversibilità. È possibile migliorare la sostenibilità della produzione di MXeni validando sintesi alternative all’uso dell’acido fluoridrico (HF) come reagente? O migliorare le prestazioni di accumulo realizzando compositi con altri elementi alliganti (come per esempio l’antimonio)? L’approccio di RSE si basa sulla volontà di dare risposta a queste criticità. I risultati sono confortanti, le capacità interessanti e c’è margine di miglioramento. A noi non resta che rimanere connessi, per non perdere i prossimi promettenti sviluppi della ricerca.

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