E se le batterie del futuro fossero fatte con l’acqua?

I ricercatori di un'università americana stanno studiando batterie all'acqua: con la giusta combinazione potrebbero sostituire quelle al litio

CHEN lithium batteries Lutkenhaus 30march2023
13 Aprile 2023

Andrea Spitti - Autore

Uno dei problemi delle attuali batterie è la necessità di utilizzare materiali che sono tutt’altro che semplici da trovare. Litio, cobalto, manganese e simili non si trovano semplicemente scavando una buca in giardino. Per questo gli scienziati stanno lavorando su nuovi tipi di batterie che potrebbero rivelarsi anche più sicure, più dense di energia e più economiche delle attuali celle agli ioni di litio. Tra queste ci sono le batterie a base d’acqua: hanno una bassa densità energetica, ma i ricercatori della Texas A&M University credono di aver trovato un modo per aumentare le loro capacità di 1.000 volte.

Processo lungo

Le attuali batterie agli ioni di litio sembrano non progredire molto, rendendo molte persone scettiche riguardo al futuro dei veicoli a batteria. Ma le persone dimenticano che queste batterie che oggi alimentano qualunque cosa fino a non molto tempo fa erano solo oggetti di studio in laboratorio. I primi studi sulle batteria agli ioni di litio risalgono infatti agli anni ‘60, mentre cominciarono ad apparire in commercio negli anni ‘90.

Per questo è utili conoscere ciò di cui si stanno occupando oggi gli scienziati perché presto potremmo vedere i frutti del loro lavoro nella vita reale. In altri casi, siamo ancora alla fase iniziale e ci vorrà probabilmente diverso tempo, magari più di 30 anni, per vedere qualcosa in commercio. Le batterie all’acqua rientrano nella seconda categoria, ma non sono meno affascinanti.

L’acqua invece del litio

I ricercatori della Texas A&M University, guidati dal professore di ingegneria chimica Jodie Lutkenhaus e dall’assistente Daniel Tabor, stanno studiando batterie a base d’acqua prive di metalli che un giorno potrebbero sostituire quelle agli ioni di litio. Queste batterie potrebbero rappresentare un’alternativa quando le materie prime diventeranno scarse o troppo costose.

Il loro vantaggio è infatti non aver bisogno di una catena di approvvigionamento basata su materiali rari. Inoltre sono anche più sicure, grazie alla chimica a base di acqua. Naturalmente si tratta di vantaggi teorici perché gli scienziati stanno ancora cercando di trovare la giusta composizione chimica degli elementi.

Le batterie a base d’acqua studiate dalla Texas A&M University sono costituite da un catodo e un anodo fatto di polimeri in grado di immagazzinare energia. L’elettrolita è costituito da acqua miscelata con sali organici ed è fondamentale per la conduzione degli ioni e per la capacità di immagazzinare l’energia. Ecco perché è importante trovare i materiali giusti: infatti composizioni diversi potrebbero avere risultati molto diversi.

Un articolo pubblicato sulla rivista Nature Materials mostra che i polimeri radicali redox-attivi non coniugati sono candidati promettenti per batterie acquose prive di metalli grazie all’elevata tensione di scarica dei polimeri e alla rapida cinetica redox. Tuttavia, le reazioni sono difficili da prevedere per colpa di una maggiore complessità del processo. I ricercatori stanno usando esperimenti e simulazioni computazionali per accelerare il lavoro. In caso di successo, il loro lavoro aprirà la strada a batterie senza litio.

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