Più energia con le batterie litio-aria? Un progetto del Politecnico di Torino

STABLE raddoppia la durata delle batterie Li-air

[7 ottobre 2015]

Batterie al Litio

Dalla loro comparsa sul mercato nel 1991, le batterie a ioni di litio hanno fatto molti progressi e secondo le previsioni il loro mercato globale raggiungerà i 30 miliardi di euro entro il 2019, con applicazioni che vanno dai dispositivi per lo stoccaggio di energia rinnovabile, agli smartphone e alle auto elettriche. Ma il bollettino scientifico dell’Ue Cordis spiega: «Poiché le macchine che alimentano hanno bisogno di sempre più energia, gli ingegneri di tutto il mondo devono cominciare a esaminare le alternative con una maggiore capacità di immagazzinamento». Una delle alternative più promettenti sonole batterie litio-aria (Li-air), costituite da un anodo a base di metallo e un catodo-aria che estrae costantemente ossigeno dall’ambiente.

Qiuping Chen, professore associato al Politecnico di Torino e coordinatore del progetto STABLE, al quale partecipano anche istituti di ricerca e imprese di Spagna, Svezia, Irlanda, Turchia e Slovenia, sottolinea su Cordis che «Il vantaggio principale di una batteria litio-aria è la sua alta densità energetica, che è in teoria 10 volte più alta rispetto a quella delle batterie litio-ioni. La sfida più grande, però, è migliorare il loro ciclo vitale che era di appena 50 cicli massimo prima del progetto STABLE. Questa cifra è molto inferiore rispetto alle batterie litio-ioni, che possono raggiungere da 400 a 1 200 cicli durante il loro ciclo vitale».

L’obiettivo di STABLE era quello di aumentare questa capacità da 50 a 100-150 cicli ed applicarla a pile funzionanti entro tre anni, con un obiettivo molto concreto: il mercato emergente delle batterie per le auto elettriche.

Chen  dice che «Il progetto ha avuto pieno successo a questo riguardo, abbiamo infatti raggiunto i 151 cicli. Anche se l’impatto sull’autonomia delle auto per ciclo dipende in gran parte dalla densità di energia, le dimensioni e la quantità delle pile delle batterie, pensiamo che sarà abbastanza importante».

Chen e il suo team del Politecnico di Torino e di STABLE hanno concentrato e loro ricerche sull’anodo, il catodo, i materiali dell’elettrolita e le tecnologie, ma anche sulle tecniche di assemblaggio per batterie che hanno forti conseguenze per quanto riguarda  rendimento, costo e impatto ambientale.

«Abbiamo migliorato la durata e la ciclablità delle batterie Li-air in modi diversi – spiega ancora Chen –  Prima abbiamo trovato catalizzatori bifunzionali molto attivi in grado di rigenerare in modo efficace la batteria. Poi, abbiamo protetto l’anodo di litio dalla formazione di dendriti usando le membrane adatte e infine abbiamo aumentato la stabilità dell’elettrolita per migliorare la solubilità di Li2O2 ed evitare l’ostruzione del catodo».

Chen è convinto che «La natura multidisciplinare del consorzio, con partner specializzati in scienze materiali, elettrochimica, progettazione dell’assemblaggio della batteria e altro, è quello che ha reso possibile questo successo. E dovrebbe anche contribuire alla sua futura commercializzazione. Era un progetto di ricerca di primo stadio, siamo riusciti a raggiungere i nostri obiettivi, ma abbiamo verificato questi risultati solo su scala di laboratorio. Abbiamo ancora molto lavoro da fare per portare le nostre nuove batterie sul mercato e dobbiamo affrontare difficoltà che vanno dalla produzione di materie prime al miglioramento delle tecnologie e delle attrezzature delle batterie Li-air».