I cristalli criogenici rivoluzioneranno le auto elettriche?

Un materiale raffreddato a temperature estremamente basse che riesce ad accumulare energia grazie al movimento disordinato delle sue cariche elettriche. È questo il cuore di una nuova ricerca di fisica pubblicata su Nature.com. In laboratorio, gli scienziati hanno studiato materiali chiamati dipole glass, capaci di immagazzinare molta energia in poco spazio quando vengono portati a temperature criogeniche.

Ma attenzione: non stiamo parlando di una nuova batteria per auto elettriche. Gli stessi ricercatori spiegano che si tratta ancora di una ricerca di base e che bisogna capire se questi materiali possano essere prodotti su larga scala, quante volte possano essere caricati e scaricati e come gestire temperature così basse.

Per ora, quindi, è una tecnologia interessante soprattutto per la ricerca scientifica, molto lontana dalle auto elettriche di serie.

Che cos'è un dipole glass e come accumula energia

In un materiale dipole glass i dipoli elettrici, cioè le piccole coppie di cariche positive e negative distribuite nella struttura cristallina, non si allineano in modo ordinato come in un normale dielettrico. Restano disordinati, in uno stato simile a quello di un vetro rispetto a un cristallo perfetto. Questo disordine, se sfruttato correttamente a temperature molto basse, può permettere di immagazzinare più energia per unità di volume rispetto ai dielettrici convenzionali.

Nei dipole glass le cariche restano disordinate, aumentando l'energia accumulabile a basse temperature.

Foto di: Motor1 Italia visual (AI-assisted)

Il meccanismo non ha nulla a che vedere con la chimica delle batterie agli ioni di litio, dove l'energia si accumula tramite reazioni elettrochimiche reversibili tra elettrodi. Qui si parla di accumulo dielettrico, più vicino nel principio a un condensatore che a una cella elettrochimica.

Non a caso, altre ricerche recenti sui condensatori in vetro puntano nella stessa direzione: usare strutture dielettriche per aumentare la densità di energia senza passare da reazioni chimiche, anche se restano pensati per potenza istantanea più che per autonomia di lungo periodo.

Perché per l'auto elettrica non cambia (ancora) nulla

Le tecnologie oggi considerate realistiche per l'automotive vanno in una direzione diversa: non il freddo estremo, ma la resistenza a un'ampia finestra di temperatura senza sistemi di raffreddamento dedicati.

Un caso concreto arriva da un sistema di storage al sodio-ione lanciato in Germania quest'estate, che mantiene oltre il 92% della capacità a -20°C senza isolamento attivo, con una durata dichiarata di circa 15.000 cicli a 25°C. È l'opposto pratico del dipole glass: funziona nel freddo reale delle strade, non nel freddo di laboratorio.

Anche i supercondensatori automotive, già qualificati per l'uso nei veicoli, restano complementari alle batterie di trazione: gestiscono backup di infotainment e centraline durante i cali di tensione, non l'autonomia del veicolo. Chi si occupa di durata delle batterie nel tempo lo sa bene: i progressi reali arrivano da studi sullo stress meccanico delle batterie al litio metallico, non da materiali ancora confinati in un criostato da laboratorio.

Quanto è lontana un'applicazione reale

Un esempio simile arriva dallo stoccaggio dell’idrogeno a temperature molto basse. Alcuni materiali chiamati MOF funzionano al meglio a circa −196 °C e ad alte pressioni, quindi richiedono serbatoi e sistemi molto complessi. È un buon esempio di quanto sia difficile portare queste tecnologie a bordo di un’auto di serie, dove spazio, peso, costi e gestione delle temperature sono fattori fondamentali.

Le innovazioni oggi più vicine al veicolo reale seguono infatti un'altra strada: l'integrazione tra accumulo elettrochimico convenzionale e nuove fonti, come dimostra il prototipo solare Deep Orange 17 della Clemson University, che abbina pannelli fotovoltaici a un sistema di accumulo tradizionale invece di puntare su un cambio di paradigma immediato.

I sistemi criogenici richiedono infrastrutture complesse, mentre le auto puntano su batterie tradizionali integrate con nuove tecnologie, come il solare.

Foto di: Motor1 Italia visual (AI-assisted)

Nel frattempo restano da approfondire, per chi guarda a orizzonti più concreti, i progressi su batterie allo stato solido e i loro attuali ostacoli e su architetture a 900 volt per la ricarica rapida, che restano i terreni su cui si gioca davvero la prossima generazione di veicoli elettrici.

Leggi anche

Perché il manganese può accelerare il degrado delle batterie

CATL come Tesla: ora le batterie si vendono direttamente online