Rivoluzione batterie: litio metallico sfida lo scetticismo e promette svolta!

Il settore delle batterie sta vivendo una fase di profonda trasformazione, con diverse tecnologie che si contendono il ruolo di soluzione definitiva per l’accumulo di energia. Al centro di questa competizione troviamo le batterie al litio metallico, le batterie al sodio e, sullo sfondo, le tanto discusse batterie allo stato solido. La posta in gioco è altissima: definire il futuro dell’elettrificazione dei trasporti, dello stoccaggio di energia rinnovabile e, in generale, della nostra dipendenza dai combustibili fossili.

L’ascesa del litio metallico: CATL detta le nuove regole?

La cinese CATL, leader mondiale nella produzione di batterie, ha annunciato importanti progressi nello sviluppo delle batterie al litio metallico (LMB). Questa tecnologia promette di superare i limiti delle attuali batterie agli ioni di litio, offrendo una maggiore densità energetica, un peso inferiore e una durata più lunga.

Il problema principale delle batterie al litio metallico è sempre stata la loro instabilità e la rapida degradazione durante i cicli di carica e scarica. CATL sembra aver trovato una soluzione, grazie a una “mappatura quantitativa” che ha permesso di ottimizzare il prototipo e raggiungere *483 cicli completi di carica/scarica. L’azienda punta a una densità energetica superiore a 500 Wh/kg, un valore notevolmente superiore rispetto ai 375 Wh/kg delle migliori batterie allo stato solido attualmente in circolazione.

La chiave di questa innovazione risiede nella comprensione dei meccanismi di degradazione dell’elettrolita. CATL ha scoperto che il sale elettrolitico LiFSI si consuma rapidamente durante la scarica della batteria. Per risolvere questo problema, l’azienda ha introdotto un diluente a basso peso molecolare, che ha permesso di incrementare la percentuale di sale utile, migliorare la conduttività ionica e abbassare la viscosità dell’elettrolita.

Se le promesse di CATL si concretizzeranno, le batterie al litio metallico potrebbero rappresentare una svolta per i veicoli elettrici a lunga percorrenza e per l’aviazione elettrica, settori che finora hanno sofferto a causa del peso e della scarsa autonomia delle batterie.

Sodio: l’alternativa sostenibile al litio

Mentre il litio metallico cerca di affermarsi come tecnologia di punta, le batterie agli ioni di sodio emergono come un’alternativa promettente e sostenibile. Il sodio, abbondante e facilmente reperibile sulla Terra, potrebbe ridurre la dipendenza dal litio, una materia prima concentrata in pochi paesi.

Le batterie agli ioni di sodio utilizzano ioni di sodio (Na+) per il trasferimento di elettroni durante la carica e la scarica. Sebbene siano state sviluppate contemporaneamente alle batterie al litio negli anni ’90, hanno riscosso meno successo a causa della loro minore efficienza. Tuttavia, l’aumento dei prezzi del litio e le preoccupazioni ambientali hanno riportato in auge questa tecnologia.

Diversi sono i vantaggi delle batterie al sodio: presentano una gestione a fine vita semplificata, mitigano l’impatto sull’ambiente e comportano minori spese per l’estrazione e la fabbricazione. Inoltre, rispetto a quelle al litio, sono intrinsecamente più sicure, poiché non sono soggette a esplosioni e mantengono prestazioni migliori a basse temperature.

Attualmente, le batterie al sodio sono meno efficienti delle batterie al litio, con una densità energetica inferiore di circa il 30%. Tuttavia, i progressi tecnologici e la crescente domanda di soluzioni di accumulo di energia sostenibili potrebbero rendere le batterie al sodio competitive nel prossimo futuro. In Cina, ad esempio, sono già utilizzate per alimentare scooter elettrici e per lo stoccaggio di energia rinnovabile.

Batterie allo stato solido: il futuro è ancora lontano?

Le batterie allo stato solido sono considerate da molti come il “Sacro Graal” dell’accumulo di energia. Questa tecnologia promette una maggiore sicurezza, una densità energetica superiore e cicli di vita più lunghi rispetto alle batterie agli ioni di litio. Tuttavia, la loro commercializzazione è ancora lontana, secondo Robin Zeng, CEO di CATL.
Zeng, un fisico con un dottorato di ricerca, ha espresso forti dubbi sulla fattibilità delle batterie allo stato solido, affermando che “al momento non funzionano ancora bene, in quanto non sono durevoli e presentano problemi legati alla sicurezza”. La difficoltà primaria è legata all’impiego del litio metallico puro per l’elettrodo anodico, il cui utilizzo su vasta scala per la produzione di mercato si scontra con ostacoli significativi.

Gli ingegneri hanno cercato di aggirare il problema combinando i materiali sotto pressione, ma questo approccio ha portato a problemi di durata e sicurezza. Inoltre, l’espansione del litio durante la carica e la scarica danneggia la batteria, riducendone la durata.

Nonostante lo scetticismo di CATL, la ricerca sulle batterie allo stato solido continua a progredire. Un team del Georgia Institute of Technology ha scoperto una soluzione innovativa per migliorare il contatto tra il litio metallico e l’elettrolita solido, aggiungendo una piccola percentuale di sodio metallico al litio. Questa scoperta potrebbe rendere le batterie allo stato solido più pratiche, leggere e compatte.

Accumulo di energia: una sfida complessa che richiede soluzioni diversificate

Il panorama delle batterie è in continua evoluzione, con diverse tecnologie che si contendono il ruolo di soluzione definitiva per l’accumulo di energia. Litio metallico, sodio e stato solido rappresentano tre approcci diversi, ognuno con i propri vantaggi e svantaggi.
La scelta della tecnologia più adatta dipenderà dalle specifiche esigenze dell’applicazione. Le batterie al litio metallico potrebbero essere ideali per i veicoli elettrici a lunga percorrenza e per l’aviazione elettrica, mentre le batterie al sodio potrebbero trovare impiego nello stoccaggio di energia rinnovabile e nei veicoli a corto raggio. Le batterie allo stato solido, se supereranno le attuali sfide, potrebbero rappresentare una svolta per tutti i settori.
La competizione tra queste tecnologie stimolerà l’innovazione e porterà a soluzioni sempre più efficienti, sicure e sostenibili. Il futuro dell’accumulo di energia è ancora incerto, ma una cosa è chiara: la diversificazione delle tecnologie è fondamentale per garantire un futuro energetico più sicuro e sostenibile.

Amici lettori, spero abbiate apprezzato questo viaggio nel mondo delle batterie. Per comprendere appieno l’importanza di queste tecnologie, è utile sapere che la densità energetica di una batteria, misurata in Wh/kg, indica quanta energia può essere immagazzinata in un determinato peso. Più alta è la densità energetica, maggiore sarà l’autonomia di un veicolo elettrico o la capacità di stoccaggio di un impianto di energia rinnovabile.
Ma non fermiamoci qui! Immaginate un futuro in cui le batterie non solo immagazzinano energia, ma sono anche in grado di comunicare con la rete elettrica, ottimizzando i flussi di energia e contribuendo alla stabilità del sistema. Questa è la promessa delle smart grid*, reti elettriche intelligenti che utilizzano sensori, attuatori e algoritmi di controllo per gestire in modo efficiente la produzione, la distribuzione e il consumo di energia.

Riflettete: quale impatto avrebbero queste tecnologie sulla nostra vita quotidiana? Come cambierebbe il nostro modo di consumare energia? E quali sfide etiche e sociali dovremmo affrontare per garantire un accesso equo e sostenibile all’energia per tutti?