La batteria che non usa il litio punta tutto su questo trucco

Nei test gli additivi organici spingono le batterie zinco-ione oltre 50.000 cicli e aprono scenari per accumulo stazionario

La batteria che non usa litio punta tutto su un questo trucco

Foto di: Motor1 Italia visual (AI-assisted)

Eleonora Lilli

Di: Eleonora Lilli

29 set alle 17:00

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Un piccolo aiuto può fare una grande differenza. Bastano infatti pochi grammi di un particolare additivo organico per litro di elettrolita per permettere a un anodo di zinco di lavorare per oltre 10.000 ore di fila. È uno dei risultati più interessanti emersi di recente dagli studi sulle batterie zinco-ione, una tecnologia che punta a offrire un'alternativa più economica e sicura alle batterie al litio.

Il punto critico è sempre lo stesso: la superficie dell'anodo. Qui lo zinco può formare piccole strutture ramificate, chiamate dendriti, e innescare reazioni indesiderate che con il tempo compromettono la batteria. Diversi gruppi di ricerca stanno quindi sperimentando additivi capaci di proteggere proprio questa zona.

Per ora si tratta ancora di risultati ottenuti in laboratorio, mentre le batterie zinco-acqua per lo stoccaggio di energia sono già passate alla fase dei sistemi dimostrativi e dei primi impianti sul campo.

Batterie zinco-ione acquose: che cosa propone la ricerca

La batteria zinco-ione usa un elettrolita a base d'acqua invece dei solventi organici infiammabili del litio. Questo la rende intrinsecamente più sicura e più economica da produrre. Il problema è che l'acqua stessa favorisce reazioni collaterali sull'anodo di zinco: i dendriti possono causare cortocircuiti, e lo sviluppo di idrogeno consuma capacità utile.

Additivi chimici stabilizzano l'anodo di zinco per rendere più sicure le batterie ad acqua.

Foto di: Motor1 Italia visual (AI-assisted)

Uno studio ha testato l'additivo dextran sulfate sodium, un polimero che forma uno strato protettivo sulla superficie dello zinco. Le celle simmetriche hanno funzionato per 10.188 ore a una corrente di 2 mA per centimetro quadrato. Le celle complete zinco-iodio hanno superato 50.000 cicli di carica e scarica. Un secondo lavoro, basato sull'amminoacido sarcosina, ha mantenuto la stabilità per oltre 2.100 ore con un'efficienza coulombica media del 99,7%, un indicatore di quanta energia la cella restituisce rispetto a quella immessa.

Un terzo additivo, il Tham (tris-idrossimetil-amminometano), agisce in modo diverso: riduce il numero di molecole d'acqua che circondano lo ione zinco, da 5,28 a 4,81. Nelle celle complete Zn||NH4V4O10 ha permesso di conservare il 92% della capacità dopo 500 cicli. Tre strade chimiche differenti, un solo obiettivo: rendere l'anodo più stabile senza cambiare la struttura di base della batteria.

Additivi organici ed elettrolita: la regolazione multifunzionale

Questi additivi agiscono su più fronti insieme, da cui il termine "multifunzionale" usato in letteratura. Non si limitano a rivestire l'elettrodo: modificano anche la sfera di solvatazione, cioè le molecole d'acqua che circondano lo ione zinco e ne condizionano il movimento nell'elettrolita.

L'accumulo stazionario serve a bilanciare la rete elettrica o ad affiancare le colonnine di ricarica rapida. Qui contano più il costo dei materiali e la sicurezza che la densità energetica. Su questo fronte esistono già sistemi dimostrativi e prime installazioni con chimiche zinco-acquose, comprese soluzioni etichettate come Zn-ion. Gli additivi organici descritti restano invece nella fase di prova in cella.

Un sistema di accumulo di questo tipo potrebbe in teoria gestire, per le flotte aziendali, i picchi di ricarica serale senza sovraccaricare la rete locale. Si tratta però di uno scenario ancora lontano dai numeri di laboratorio. Le celle testate restano piccoli campioni da banco. Un impianto reale richiederebbe migliaia di celle assemblate e anni di validazione ingegneristica prima di qualunque installazione.

Resta quindi da tenere fermo il punto sulla distanza tra i cicli ottenuti in laboratorio e un prodotto commerciale basato su questi additivi. Alcuni gruppi di ricerca stanno lavorando anche su celle zinco-iodio flessibili da 1,6 Ah, mentre altri esplorano l'elettrochimica zinco-cloro come possibile alternativa per l'auto elettrica.

La corsa a un accumulo più economico del litio passa da più direzioni contemporaneamente, non da un'unica scoperta risolutiva.