È noto che le batterie agli ioni di litio stanno raggiungendo i limiti di sviluppo tecnologico e prestazioni. L’industria dei trasporti lavora allo stato solido per innalzare densità energetica e velocità di ricarica, ma anche questa soluzione potrebbe non essere sufficiente per certe applicazioni come, per esempio, il trasporto aereo.
Ricercatori del MIT (Massachussetts Institute of Technology) hanno messo a punto una tecnologia rivoluzionaria dalla densità energetica tripla e dallo strano funzionamento “ibrido”, che mischia i vantaggi di una batteria tradizionale con quelli delle celle a combustibile. Infatti, invece di ricaricarsi, l’accumulatore viene rifornito con uno speciale carburante. Cerchiamo di capire di cosa si tratta.
Come funziona questa batteria a celle di combustibile
La batteria, messa a punto dal team di scienziati americani guidati dal professore di scienza e ingegneria dei materiali Yet-Ming Chiang, è composta da celle che, da un lato, contano su un elettrodo poroso e, dall’altro, aria che funge da fonte di atomi di ossigeno.
Una batteria allo stato solido “tradizionale”
Foto di: Xiaomi
In mezzo c’è un elettrolita ceramico solido che permette il passaggio degli ioni di sodio da un elettrodo all’altro. Ioni di sodio che arrivano da quello che possiamo definire il carburante della cella: sodio metallico liquido, che viene inserito all’interno della cella stessa per avviare le reazioni chimiche necessarie a immagazzinare elettricità.
Così aerei, treni e navi diventano elettrici
Dagli esperimenti svolti in laboratorio, i cui risultati sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Joule, si è rilevato che questo tipo di batteria può raggiungere una densità energetica di 1.000 Wh/kg. La media delle batterie agli ioni di litio è ancora sotto i 300 Wh/kg e anche per lo stato solido non si va oltre i 400 Wh/kg, se non in rari casi.
Il treno a idrogeno Alstom e Snam
“La soglia realmente necessaria per un’aviazione elettrica realistica è di circa 1.000 Wh/kg – ha affermato Chiang – ma anche con questi valori non si potrebbero praticare voli transcontinentali o transatlantici.
Però, con una tecnologia in grado di garantire una densità di questo valore, gli aerei elettrici potrebbero diventare realtà per i voli regionali o nazionali. Ci sono altri settori dei trasporti che richiedono densità energetiche così elevate: quello ferroviario, per esempio, o quello marittimo”.
Emissioni che fanno bene all’ambiente
Negli ultimi 30 anni sono state condotte numerose ricerche per sviluppare batterie litio-aria o sodio-aria, ma è stato difficile renderle completamente ricaricabili.
“Da molto tempo si è a conoscenza della densità energetica ottenibile con le batterie metallo-aria, che è stata estremamente interessante, ma non è mai stata messa in pratica”, ha aggiunto Chiang.
Utilizzando lo stesso concetto elettrochimico di base, trasformandolo in una cella a combustibile anziché in una batteria, i ricercatori sono riusciti a ottenere i vantaggi dell’elevata densità energetica in una forma pratica. A differenza di una batteria, i cui materiali vengono assemblati una sola volta e sigillati in un contenitore, in una cella a combustibile i materiali che trasportano energia entrano ed escono attraverso un sistema di tubi.
Il camion a idrogeno Hyundai XCient Fuel Cell
Tecnicamente, per alimentare un aereo o un treno, le celle contenenti idrossido di sodio sarebbero attraversate da flussi d’aria che innescherebbero reazioni chimiche, generando elettricità. In uscita, le celle rilascerebbero nell’ambiente ossido di sodio, un composto in grado di combinarsi con l’anidride carbonica presente nell’atmosfera, andando a formare un materiale solido: il bicarbonato di sodio, che non ha effetti dannosi per l’ambiente e, anzi, se fosse scaricato negli oceani, contribuirebbe a deacidificare l’acqua.
Il sistema utilizzerebbe delle cartucce ricaricabili riempite di sodio metallico liquido, che – una volta esaurite – potrebbero essere riempite nuovamente presso apposite stazioni di ricarica che in pochi minuti potrebbero essere riutilizzate per proseguire ad alimentare le celle.