Batterie agli ioni di zinco, l’alternativa economica al litio

Le batterie agli ioni di litio dominano ormai da decenni il mercato delle auto elettriche e dello stoccaggio energetico, ma non sono perfette: costi elevati, disponibilità limitata del litio e rischi di sicurezza hanno spinto i ricercatori a guardare oltre. Tra le alternative più promettenti ci sono le batterie zinco-ione acquose (AZIBs), che combinano sicurezza, basso costo e sostenibilità ambientale.

Perché lo zinco? Lo zinco metallico offre un’elevata capacità teorica, è abbondante in natura, economico e meno pericoloso rispetto ad altri metalli usati nelle batterie. In una batteria zinco-ione, gli ioni Zn²⁺ si muovono tra l’anodo di zinco e un catodo ospite, depositandosi e rimuovendosi in modo reversibile. L’elettrolita, cioè il liquido che trasporta gli ioni, gioca un ruolo cruciale: non solo permette il movimento degli ioni, ma influisce sulla stabilità della batteria, sulla sua efficienza e sulla durata ciclica.

I problemi delle batterie zinco-ione acquose

Nonostante le buone premesse, le AZIBs non sono ancora perfette. L’anodo di zinco può crescere in modo irregolare, formando dendriti che rischiano di causare cortocircuiti. Inoltre, in acqua possono verificarsi reazioni indesiderate, come la produzione di idrogeno (HER), che riducono l’efficienza della batteria e ne accelerano il degrado.

Anche i catodi possono degradarsi o dissolversi, mentre la tensione massima è limitata dalla finestra elettrochimica dell’acqua.

La soluzione? Ingegneria degli elettroliti

Negli ultimi anni, i ricercatori hanno messo a punto strategie di ingegneria dell’elettrolita per superare questi problemi. Si tratta di modificare la composizione del liquido in cui gli ioni si muovono, aggiungendo sali particolari, solventi diversi o additivi funzionali.

Questi interventi possono ridurre la formazione di dendriti, garantendo deposizione uniforme dello zinco; sopprimere le reazioni parassite come la produzione di idrogeno; stabilizzare la superficie dei catodi e degli anodi, migliorando la durata ciclica e migliorare la mobilità degli ioni Zn²⁺, aumentando l’efficienza della batteria.

Tra le strategie più interessanti ci sono gli additivi ionici, tensioattivi, polimerici o organici, e i cosiddetti elettroliti “water-in-salt”, altamente concentrati per ridurre l’attività dell’acqua e minimizzare le reazioni indesiderate. Alcuni team stanno sperimentando anche gel polimerici e film solidi, che combinano robustezza meccanica e buona conducibilità ionica.

Dove siamo oggi

Dalla prima dimostrazione di batterie zinco-ione con MnO₂ come catodo nel 2011, la ricerca è passata da semplici soluzioni saline a formulazioni molto sofisticate.

Gli ultimi studi mostrano che grazie a un elettrolita ben progettato, le AZIBs possono raggiungere performance competitive in termini di efficienza, durata e sicurezza, aprendo la strada a batterie economiche, sicure e sostenibili, perfette per applicazioni stazionarie o veicoli elettrici di prossima generazione.

Leggi anche

La prima Gigafactory per batterie agli ioni di zinco al mondo è realtà

Anche le batterie zinco-aria vanno bene sulle auto elettriche