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Batterie di nuova generazione: il litio-zolfo nasce dalle nanoparticelle

Un’alternativa agli ioni litio con l’obiettivo di aumentare la resa, ridurre i costi e contenere l’impatto ambientale delle batterie

di Davide Madeddu

AP

2' di lettura

Le nanoparticelle di materiale carbonioso per produrre batterie “litio-zolfo”a lunga durata, basso impatto ambientale con emissioni di gas serra ridotte. Una sfida che porta avanti l'Enea con un obiettivo: aumentare la resa, abbassare i costi e ridurre il peso degli accumulatori anche in previsione del progressivo ricorso all'utilizzo di auto elettriche.

Sono gli elementi che caratterizzano la linea portata avanti dall'istituto di ricerca e che punta a rendere le “batterie litio-zolfo un prodotto competitivo per costi di produzione e prestazioni”. Punto di partenza esaminato dai ricercatori, le criticità che hanno riguardato le batterie litio-zolfo e quindi l'arrivo sul mercato. Ossia un ciclo vitale molto ridotto.

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Una delle soluzioni prospettate dai ricercatori che puntano a «limitare la riduzione della reversibilità tra il processo di carica e scarica con il progredire del numero dei cicli», è l'utilizzo di nanoparticelle di materiale carbonioso per la composizione dell'anodo.

«Nei nostri laboratori – dice Pier Paolo Prosini, esperto Enea di accumulo elettrochimico - sintetizzeremo nanomateriali a base carboniosa adatti a essere utilizzati nelle batterie litio-zolfo, studieremo soluzioni elettrolitiche capaci di trasportare efficacemente ioni di litio e investigheremo l'interazione tra gli elettrodi (anodo e catodo) e l'elettrolita e il comportamento delle celle litio-zolfo complete». Per il ricercatore attraverso questa procedura si dovrà riuscire a «raggiungere la piena comprensione dei fattori che determinano la chimica di queste batterie innovative».

Per la fase finale del progetto i ricercatori produrranno e testeranno batterie complete («con energia nominale fino a 1.0 Wh»), utilizzando attrezzature in grado di assicurare la riproducibilità del prodotto e arrivare così a produrre una serie di batterie complete. Poi, per migliorare le prestazioni, «verranno variati alcuni parametri costruttivi analizzandone contributo e impatto».

La nuova ricerca segue un brevetto depositato dall'Enea sulle batterie litio-zolfo che impiega la colla Vinavil «come legante idrosolubile (acquoso)». «L'uso di questo legante elimina il ricorso, nella preparazione degli elettrodi, a solventi organici volatili (i cosiddetti Voc), composti potenzialmente pericolosi per la salute umana e per l'ambiente». Con il risultato che «si aumenta notevolmente la densità energetica del dispositivo e contemporaneamente permette di ridurre il peso della cella».

Senza dimenticare l'aspetto ambientale: «La produzione dei nuovi accumulatori elettro-chimici interessa un processo a basso impatto e con ridotte emissioni di gas serra; inoltre queste batterie non contengono né materie critiche né metalli pesanti e questo rende il loro smaltimento più facile».

Quanto alle applicazioni, come chiarisce Mariasole di Carli, ricercatrice del laboratorio Enea di “Sviluppo Processi Chimici e Termofluidodinamici per l'Energia”, sono molteplici.

«Con l'enorme aumento della capacità di stoccaggio delle batterie litio-zolfo – argomenta -, possiamo aspettarci di vedere auto elettriche in grado di viaggiare a distanze sempre maggiori con una singola carica; al 2022 l'industria automobilistica potrebbe rappresentare il 5% del mercato totale grazie all'aumento del numero di veicoli elettrici in circolazione».

Non solo, a trarre beneficio dalla nuova generazione di batterie, come ribadisce la ricercatrice «anche l'accumulo di energia da fonti rinnovabili», e i dispositivi elettronici per i quali si potrebbe aumentare l'autonomia. «Comunque, il mercato in cui potrebbero avere un notevole impatto – conclude - è quello dell'aviazione, dove droni e aerei elettricirichiedono batterie sempre più potenti, a lunga durata e con grandi capacità di stoccaggio».

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