Batterie al litio, arriva l'alternativa: zinco e iodio funzionano

La nuova batteria acquosa raggiunge 14 mAh per centimetro quadrato e supera 1.200 cicli in una cella pouch da circa 1,6 Ah

Batterie zinco-iodio flessibili: 1,6 Ah e 1.200 cicli

Foto di: Motor1 Italia visual (AI-assisted)

Eleonora Lilli

Di: Eleonora Lilli

9 set alle 13:00

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Le batterie agli ioni di litio restano lo standard per l'auto elettrica, ma pongono problemi di sicurezza e dipendenza da materie prime critiche. Una ricerca recente propone un'alternativa acquosa a base di zinco e iodio, con un elettrodo flessibile capace di reggere oltre 1.600 cicli di carica e scarica mantenendo prestazioni stabili.

Il punto debole storico delle batterie zinco-iodio era la bassa capacità per centimetro quadrato di elettrodo e la dispersione dello iodio nell'elettrolita durante il funzionamento. Il nuovo studio affronta entrambi i problemi con una struttura che raggiunge 14 mAh per centimetro quadrato, un valore che indica quanta carica l'elettrodo trattiene per unità di superficie.

Batterie zinco-iodio con elettrodo flessibile, cosa introduce la nuova ricerca

L'elemento centrale della ricerca è un elettrodo di iodio ad alta capacità areale, costruito su una rete di elastomero termoplastico in poliammide che permette di formare l'elettrodo direttamente in situ. Con un carico di materiale attivo di 70 mg per centimetro quadrato, la versione flessibile raggiunge una capacità areale media di 11,5 mAh cm⁻², misurata a una corrente di 0,62 A per grammo.

Elettrodo flessibile Zn-I₂, interfase HGI blocca il shuttle effect per celle stabili (>1200 cicli, 1,6 Ah).

Foto di: Motor1 Italia visual (AI-assisted)

Il problema più citato dagli studiosi del settore è lo "shuttle effect", ovvero la tendenza dei composti dello iodio (i poliodiidi) a migrare fuori dall'elettrodo positivo e degradare progressivamente la cella.

Per contenerlo, i ricercatori hanno introdotto un'interfase di idrogelazione: uno strato gelificato che intrappola i poliodiidi durante le reazioni di ossidoriduzione e ne limita la dispersione nell'elettrolita acquoso.

Il risultato pratico è una cella pouch a livello Ah, cioè un formato a busta piatta assemblato con l'elettrodo integrato e una capacità complessiva di circa 1,6 Ah, paragonabile a quella di piccole celle commerciali. La cella ha operato in modo stabile per oltre 1.200 cicli. In letteratura esistono già altre celle pouch zinco-iodio a livello Ah, con elettrodi non flessibili e carichi molto elevati, che restano comunque allo stadio di prototipo da laboratorio.

Zinco-iodio vs litio, differenze per sicurezza, costi e sostenibilità nella mobilità elettrica

La differenza più rilevante rispetto al litio riguarda l'elettrolita: le celle zinco-iodio lavorano in soluzione acquosa, non infiammabile, mentre molte batterie al litio usano elettroliti organici che in caso di guasto possono incendiarsi. Lo zinco è molto più abbondante e prodotto in volumi maggiori di litio e cobalto, mentre lo iodio ha una filiera più ristretta e concentrata, quindi il confronto su costi e disponibilità va valutato elemento per elemento.

Sul fronte prestazioni, studi consolidati mostrano il potenziale della chimica zinco-iodio. Un lavoro pubblicato su gel di polibeta-ciclodestrina descrive una batteria acquosa Zn-I2 con capacità specifica nell'ordine di 200–250 mAh per grammo e oltre 60.000 cicli.

Un'altra architettura con siti di rame atomicamente dispersi ha mantenuto il 99,36% di efficienza coulombica dopo 30.000 cicli. Numeri che, se trasferiti a celle di dimensioni maggiori, aprirebbero la strada ad applicazioni come l'accumulo stazionario con nuove elettrochimiche allo zinco.

Restano distanze da colmare prima di un impiego reale sui veicoli: la densità energetica delle chimiche acquose è oggi inferiore a quella del litio e la produzione industriale di elettrodi flessibili su scala Ah è ancora a livello di prototipo. La strada più probabile nel breve termine è l'accumulo stazionario di grande capacità, non la trazione, un percorso che ricorda quello di altre tecnologie alternative come le batterie al calcio con materiali organici ancora in fase sperimentale.