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La ricerca di soluzioni alternative al litio ha portato i ricercatori cinesi verso un nuovo tipo di batteria
Giuseppe Croce
19 marzo - 13:03 - MILANO
Un team di ricercatori cinesi, provenienti dalla City University of Hong Kong e dalla Southern University of Science and Technology, ha recentemente pubblicato uno studio sulla rivista scientifica Nature Communications che descrive un nuovo tipo di batteria basata su un elettrolita all'acqua. Questa innovazione tecnologica è stata ben presto ribattezzata dalla stampa internazionale come "batteria al tofu". Il curioso appellativo deriva direttamente dal liquido impiegato al suo interno: l'elettrolita, infatti, ha un pH neutro di 7.0 ed è talmente sicuro, stabile e privo di tossicità, da poter essere teoricamente utilizzato persino come la salamoia necessaria per far cagliare il tofu.
BATTERIA AL TOFU
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Da un punto di vista strettamente chimico e tecnico, la batteria al tofu si basa sull'impiego di elettrodi formati da materiali organici, nello specifico polimeri organici covalenti, strutturati per l'immagazzinamento di ioni di magnesio e di calcio. Niente litio, niente nichel, niente metalli rari e costosi da estrarre. Il vero fulcro dell'innovazione, tuttavia, risiede proprio nelle caratteristiche dell'elettrolita neutro. Storicamente, le batterie con elettrolita acquoso hanno sempre presentato dei limiti strutturali ben precisi: nella maggior parte dei casi, i sistemi tradizionali impiegano elettroliti fortemente acidi o alcalini, che generano reazioni collaterali inevitabili e compromettono la stabilità chimica della cella. Inoltre, il problema principale delle batterie acquose risiede nella naturale tendenza dell'acqua a decomporsi una volta raggiunte determinate tensioni elettriche, un fenomeno fisico che ne limita gravemente le prestazioni e la durata nel tempo. I ricercatori sono riusciti a superare questo ostacolo combinando un elettrolita neutro, simile alla salamoia, con i suddetti polimeri organici. Questa sinergia previene la decomposizione del liquido e garantisce una stabilità elettrochimica eccezionale nel lungo periodo. Il risultato finale è un dispositivo in grado di sopportare un numero elevatissimo di cicli di carica, mantenendo costanti prestazioni.
PRO E CONTRO
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Il principale punto di forza della batteria al tofu è senza dubbio la sua assoluta non tossicità. A differenza dei sistemi chimici convenzionali, l'elettrolita impiegato è completamente innocuo: in caso di sversamento accidentale, i materiali della cella possono essere smaltiti direttamente nell'ambiente, senza causare alcun inquinamento al suolo o alle falde acquifere. Un altro vantaggio risiede nell'incredibile durata del dispositivo. I test di laboratorio hanno dimostrato che questa batteria può superare i 120.000 cicli di carica e scarica senza subire un degrado significativo, prestazione che si traduce in una vita operativa potenziale superiore a un decennio. Essendo a base acquosa, poi, il sistema è intrinsecamente sicuro ed elimina alla radice i pericoli di infiammabilità e di instabilità termica tipici di altre tecnologie. Tuttavia, questa soluzione presenta anche degli svantaggi innegabili, primo fra tutti una bassa densità energetica. L'attuale architettura della cella raggiunge un'energia specifica di circa 48,3 Wh per chilogrammo, cioè circa un quinto della densità energetica delle attuali batterie al litio ternarie. A causa di questo limite intrinseco, la batteria al tofu risulta attualmente inadatta per alimentare dispositivi molto compatti, come gli smartphone, o per essere impiegata nei veicoli elettrici ad alte prestazioni, settori in cui il rapporto tra dimensioni, peso ed energia immagazzinata è un fattore vitale.
FUGA DAL LITIO
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La ricerca sulle batterie ad elettrolita acquoso si inserisce in un momento storico cruciale in cui gli scienziati di tutto il mondo stanno cercando spasmodicamente soluzioni alternative alle onnipresenti batterie agli ioni di litio. Le celle al litio sono infatti gravemente inquinanti nella fase di estrazione dei minerali, comportano complessi rischi di smaltimento e dipendono da materiali rari, costosi e concentrati in filiere geopoliticamente instabili. Le batterie al litio, poi, mantengono le prestazioni solitamente al massimo per 1.000-3.000 cicli.
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