Negli USA si studiano batterie senza sostanze nocive alla salute

La richiesta di batterie agli ioni di litio sta registrando un'impennata senza precedenti in tutto il mondo, passando - secondo la società di consulenza McKinsey & Company - dai 700 GWh del 2022 a una previsione di 4,7 TWh entro il 2030.

Questa crescita non si deve solo alla diffusione dei veicoli elettrici, ma anche all’espansione dell’uso delle batterie in elettrodomestici, droni, sistemi di accumulo energetico e molte altre applicazioni. Tuttavia, dietro questa evoluzione si cela un problema irrisolto: l’utilizzo di sostanze chimiche nocive nella produzione. Un qualcosa che ora si sta cercando di modificare nei laboratori negli Stati Uniti.

Il problema dei PFAS nelle batterie

Per capire cosa sta succedendo, facciamo un passo indietro. Forse pochi sanno che, oltre ai materiali rari presenti, le batterie dei veicoli elettrici e gli stessi motori contengono sostanze chimiche pericolose chiamate PFAS (sostanze per- e polifluoroalchiliche).

Secondo il National Resources Defense Council, i PFAS sono onnipresenti nella nostra quotidianità, dai tessuti tecnici alle padelle antiaderenti. Il vero problema, però, è che queste sostanze non si degradano facilmente nell’ambiente e possono accumularsi nel nostro organismo attraverso cibo e acqua, guadagnandosi l’appellativo di "sostanze chimiche eterne".

BMW ricicla batterie per auto elettriche

Foto di: BMW

Verso batterie senza PFAS

Per affrontare questa criticità, un team di ricercatori dell'Università di Chicago sta sviluppando batterie di nuova generazione che non dipendono dai PFAS. Attualmente, infatti, sia il catodo che l'elettrolita di una batteria agli ioni di litio tradizionale contengono queste sostanze, essenziali per mantenere stabile la struttura interna della batteria. Ma, secondo i ricercatori, non indispensabili.

"Chiediamo sempre di più alle nostre batterie: vogliamo che funzionino sia a basse che ad alte temperature, che si ricarichino rapidamente e che sfruttino il litio metallico. Sono tutte esigenze dei consumatori", ha dichiarato Chibueze Amanchukwu, professore alla Pritzker School of Molecular Engineering dell'Università di Chicago.

"Oggi la ricerca scientifica propone di aggiungere sempre più componenti fluorurati agli elettroliti, ma quasi tutti questi rientrano nella categoria dei PFAS"

Per superare questa sfida, il team ha sviluppato un solvente non fluorurato per l'elettrolita, eliminando i PFAS. Tuttavia, la vera difficoltà è stata dimostrare che il nuovo materiale potesse quantomeno eguagliare, se non migliorare, le prestazioni delle batterie esistenti.

BMW ricicla batterie per auto elettriche

Foto di: BMW

Test senza precedenti

I test hanno rivelato che le celle prive di PFAS garantiscono un migliore accoppiamento ionico, con una maggiore densità energetica. Inoltre, hanno dimostrato una resistenza superiore alle temperature estreme, mantenendo la stabilità ciclica tra -40 e +15 gradi Celsius. Anche la capacità di ritenzione energetica è migliorata, offrendo una maggiore durata operativa e prestazioni elevate nel lungo periodo.

Al momento, queste batterie sono ancora in fase sperimentale e lontane dalla produzione su larga scala. Tuttavia, lo studio ha dimostrato che è possibile affrontare le problematiche ambientali delle batterie per veicoli elettrici già in fase di progettazione.

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