Titanio nelle batterie al piombo: svolta o sensazionalismo?

Nel nuovo progetto bipolare il collettore asimmetrico in titanio punta a migliorare resistenza meccanica e durata

Foto di: Motor1 Italia visual (AI-assisted)

Eleonora Lilli

Di: Eleonora Lilli

29 ago alle 07:00

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Nell’auto elettrica tutto passa dalla batteria: quanta strada si fa con una ricarica, quanto pesa il pacco, quanto dura nel tempo. Anche una tecnologia “storica” come la batteria al piombo, usata da decenni per l’avviamento delle auto e oggi studiata in versione compatta per veicoli e accumuli, può cambiare volto con un componente meno appariscente, il collettore di corrente. Un nuovo paper propone per queste batterie una versione in titanio pensata per l’architettura bipolare, quella con le celle impilate in un unico blocco.

Nelle batterie moderne, dal piombo al litio, il collettore è il supporto metallico che porta gli elettroni dal materiale attivo fino ai poli esterni: non immagazzina energia, ma senza di lui l’elettrodo non “parla” con il resto del circuito. Nelle batterie al piombo bipolari, dove più elementi sono a stretto contatto in un sandwich compatto, lo stesso componente deve anche reggere il carico meccanico dell’insieme, un po’ come il telaio che sostiene un pacco batteria sotto il pianale di un’auto.

Collettore in titanio per batterie al piombo bipolari

Il titanio è già allo studio in alcune celle specializzate di lunga durata perché forma spontaneamente uno strato di ossido molto stabile, che lo protegge dalla corrosione. Il limite è la conducibilità elettrica inferiore rispetto a rame e alluminio e il costo più elevato, quindi finora è stato usato dove la resistenza chimica conta più dell’efficienza elettrica pura, per esempio in ambienti particolarmente aggressivi.

Nel lavoro citato da sciencedirect.com il collettore viene progettato in modo asimmetrico: il titanio non copre in maniera uniforme i due lati, ma è distribuito in modo diverso per adattarsi al ruolo che quell’elemento svolge da ciascuna parte all’interno della cella bipolare.

Collettore in titanio asimmetrico: più robusto dove serve, più conduttivo dove passa la corrente.

Foto di: Motor1 Italia visual (AI-assisted)

In pratica, la stessa “piastra” offre più robustezza dove serve sostegno strutturale e maggiore conduzione dove serve far scorrere corrente. Si tratta però ancora di un prototipo di ricerca, non di un componente pronto per linee di montaggio di batterie al piombo commerciali.

Struttura e conduzione, senza sacrificare l'una per l'altra

Ogni materiale usato come collettore deve rispettare quattro condizioni insieme: resistenza alle reazioni di ossidazione e riduzione che avvengono in batteria, buona aderenza allo strato attivo che immagazzina energia, solidità meccanica sufficiente a non piegarsi o creparsi, stabilità termica quando la cella si scalda in carica e scarica. Uno strato troppo sottile risparmia peso ma rischia di deformarsi, uno dimensionato solo per la robustezza può aumentare la resistenza interna e scaldarsi di più.

L’asimmetria serve a separare questi compiti: usare il titanio dove contano soprattutto resistenza meccanica e alla corrosione, riducendone l’area dove la priorità è far passare corrente senza perdite, così da non peggiorare la conducibilità dell’insieme. È un compromesso simile a quello visto nello sviluppo di alloggiamenti in acciaio per le batterie delle auto elettriche, dove la stessa struttura deve proteggere il pacco in caso di urto e allo stesso tempo non appesantire troppo il veicolo.

Perché interessa la mobilità e l'automotive

Le batterie al piombo bipolari sono già oltre la semplice teoria: architetture di questo tipo, spesso rinforzate con griglie in fibra di vetro o materiali compositi, stanno entrando in prodotti destinati ad applicazioni che richiedono robustezza, cicli di carica ripetuti e ingombri contenuti, dagli accumuli stazionari ai veicoli commerciali.

In questo quadro un collettore più efficiente pesa direttamente su resistenza interna e durata dei cicli di carica, cioè su quanta energia si perde in calore e su quante volte la batteria regge prima di degradarsi troppo.

Batterie al piombo bipolari: più efficienza, durata e robustezza per accumuli e veicoli.

Foto di: Motor1 Italia visual (AI-assisted)

Il paragone con le batterie al litio è più un aiuto a leggere la tendenza che un confronto diretto: collettori e strutture alleggeriti e meglio integrati hanno già dimostrato in altre chimiche di ridurre peso e migliorare la densità energetica, come mostrano anche i lavori su come lo stress meccanico influisce sulle batterie al litio metallico.

Per il piombo bipolare il collettore in titanio resta oggi un tassello di ricerca applicata, che potrebbe contribuire a rendere più compatti e longevi gli accumulatori nei veicoli dove il peso è meno critico ma la durata operativa conta molto.

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