Batterie del futuro: come conservare l'energia prodotta dalle rinnovabili

batterie futuro

Un elettrodo di nuova concezione, progettato da un gruppo di ricercatori del Pacific Northwest National Laboratory potrebbe rappresentare un punto di partenza rivoluzionario nel settore dello stoccaggio di energia elettrica da fonti rinnovabili. Il componente, costituito da una lega di metallo liquido, è utilizzabile all'interno delle batterie sodio-beta ad alta temperatura e promette una maggiore efficienza, una maggiore durata, una maggiore protezione contro gli incendi e un minore costo di fabbricazione.

All'interno della categoria degli accumulatori elettrochimici, le batterie ad alta temperatura sono state ideate per far fronte all’esigenza di disporre di energia elevata per usi residenziali e industriali, evitando di ricorrere all’uso di sostanze e materiali troppo costosi. Lavorano a temperature comprese tra i 270° e i 350° C e ne esistono fondamentalmente di due tipologie: quelle al sodio-zolfo e quelle, più sicure, al sodio-cloruro di nichel, riconosciute anche con l'acronimo ZEBRA (Zero Emission Battery Research Activity).

Vediamo brevemente come sono e come funzionano. Le batterie che siamo abituati ad usare giornalmente per i piccoli e piccolissimi elettrodomestici e per gli apparecchi di uso comune, sono accumulatori a bassa intensità energetica e sono costruite con materiali relativamente rari e costosi. Per gli usi nei quali è richiesto un coefficiente di energia molto superiore, nel corso degli anni '60 fu perfezionato un accumulatore i cui elettrodi erano rispettivamente di sodio e di zolfo allo stato fuso. Per avere un ordine di grandezza, la temperatura per mantenere gli elettrodi allo stato liquido e nello stesso tempo aumentare la conducibilità dell’elettrolita, è pari a circa 3 volte la temperatura di ebollizione dell’acqua.

C’era da risolvere anche il problema dell'elettrolita, che è la sostanza o la soluzione che dissociandosi chimicamente garantisce il movimento degli ioni liberi senza però permettere la conducibilità degli elettroni. Per semplificare in modo estremo si può dire che sono gli ioni a “trasportare” la corrente elettrica e non gli elettroni che darebbero invece luogo a un corto circuito tra i due elettrodi. Un ulteriore componente di questo tipo di batterie è il separatore che divide i due elettrodi allo stato liquido e consente il passaggio ionico. Il separatore è fabbricato in beta-allumina che grazie alle sue qualità fisiche e chimiche è ancora oggi il materiale più adatto.

L'obiettivo di decenni di ricerche era quello di trovare un modo per abbassare la temperatura della batteria senza causare un peggioramento del rendimento, tuttavia i numerosi tentativi si sono sempre infranti su problemi tecnici e funzionali. Solo recentemente i ricercatori del PNNL hanno reso noti i risultati di uno studio secondo cui, utilizzando una lega di sodio mescolato ad altri metalli in luogo del sodio puro, è possibile abbassare notevolmente la temperatura di servizio.

La notizia è riportata in un articolo appena pubblicato su Nature Communications. La soluzione adottata consiste nella sostituzione dell'elettrodo negativo. Sono state portate a termine numerose prove associando il sodio con una serie di metalli. Alla fine, al posto del tradizionale sodio liquido, è stata usata una lega di sodio-cesio, sempre allo stato liquido.

Il rendimento complessivo è migliore rispetto alle batterie tradizionali le quali dopo 60 cicli di scarica/ricarica riescono a mantenere circa il 70% di capacità di stoccaggio iniziale. Con il nuovo elettrodo la batteria funziona correttamente a partire da una temperatura di 95°C, raggiunge la sua migliore efficienza a 150°; dopo 100 cicli conserva il 97% della capacità iniziale.

Un ulteriore vantaggio consiste nella possibilità di sostituire l'involucro metallico esterno delle batterie con materiali polimerici, più leggeri e meno costosi che fino ad ora era impossibile utilizzare perché i polimeri adatti a questo scopo presentano una temperatura di fusione intorno ai 350°C.

Il cesio è più costoso del sodio ma l'analisi del rapporto rendimento/costi è a favore dell'uso del cesio. Il prossimo obiettivo dei ricercatori del PNNL è quello di costruire, utilizzando questa nuova tecnologia, batterie molto più grandi in grado di rendere ancora più conveniente lo stoccaggio di energia prodotta con le fonti rinnovabili.

Pasquale Veltri

LEGGI anche:

Smartphone e tablet dureranno il triplo con la nuova batteria tutta al litio

Pin It

Cerca