Lo stoccaggio di energia agli ioni di litio domina il mercato grazie alla sua maturità tecnologica, ma la sua idoneità per lo stoccaggio di energia in rete su larga scala, è limitata da problemi di sicurezza legati ai materiali volatili all’interno.
Tianyi Ma capo ricercatore presso la Scuola di Scienze dell’Università RMIT, ha affermato:
«Le nostre batterie sono all’avanguardia in un campo emergente di dispositivi di stoccaggio dell’energia acquosa, con scoperte che migliorano significativamente le prestazioni e la durata della tecnologia. Ciò che progettiamo e produciamo si chiamano batterie acquose agli ioni metallici, possiamo chiamarle batterie ad acqua».
Il team di ricercatori utilizza l’acqua per sostituire gli elettroliti organici – che consentono il flusso di corrente elettrica tra i terminali positivo e negativo – ciò significa che le loro batterie non possono innescare un incendio o esplodere, a differenza delle loro controparti agli ioni di litio.
Tianyi Ma ha affermato:
«Per risolvere i problemi di smaltimento a fine vita che i consumatori, l’industria e i governi di tutto il mondo devono affrontare con l’attuale tecnologia di accumulo dell’energia, le nostre batterie possono essere smontate in modo sicuro e i materiali possono essere riutilizzati o riciclati. La semplicità dei processi di produzione delle batterie ad acqua ha contribuito a rendere fattibile la produzione di massa. Utilizziamo materiali come il magnesio e lo zinco che sono abbondanti in natura, poco costosi e meno tossici rispetto alle alternative utilizzate in altri tipi di batterie, ciò contribuisce a ridurre i costi di produzione e i rischi per la salute umana e l’ambiente».
Qual è il potenziale di accumulo di energia e di durata della vita della batteria?
Il team di ricercatori ha realizzato una serie di batterie di prova su piccola scala per numerosi studi sottoposti a revisione paritaria per affrontare varie sfide tecnologiche, tra cui l’aumento della capacità di accumulo di energia e della durata di vita della batteria.
Il team di ricercatori nel loro ultimo lavoro pubblicato nella rivista Advanced Materials, hanno superato una sfida importante: la crescita di dendriti dirompenti, formazioni metalliche appuntite che possono portare a cortocircuiti e altri gravi guasti.
Il team di ricercatori ha rivestito le parti interessate della batteria con un metallo chiamato ossido di bismuto come strato protettivo che impedisce la formazione di dendriti.
Il team di ricercatori ha affermato:
«Le nostre batterie hanno ora una durata significativamente più lunga, paragonabile a quella delle batterie agli ioni di litio presenti sul mercato, il che le rende ideali per l’alta velocità e l’uso intensivo in applicazioni reali, con una capacità impressionante e una durata di vita prolungata, non solo abbiamo avanzato la tecnologia delle batterie, ma abbiamo anche integrato con successo il nostro progetto con i pannelli solari, mostrando un efficiente e stabile accumulo di energia rinnovabile».
La batteria ad acqua del team di ricercatori sta colmando il divario con la tecnologia agli ioni di litio in termini di densità energetica, con l’obiettivo di utilizzare il minor spazio possibile per unità di potenza. La ricerca è stata pubblicata nella rivista Small Structures.
Il team di ricercatori ha affermato:
«Abbiamo recentemente realizzato una batteria ad acqua agli ioni di magnesio con una densità energetica di 75 wattora per chilogrammo (Wh kg-1) – fino al 30% rispetto alle più recenti batterie per auto Tesla. Il prossimo passo è aumentare la densità energetica delle nostre batterie ad acqua sviluppando nuovi nano materiali come elettrodi. Il magnesio sarà probabilmente il materiale preferito per le future batterie ad acqua. Le batterie ad acqua agli ioni di magnesio hanno il potenziale per sostituire le batterie al piombo nel breve periodo – da uno a tre anni – e per sostituire potenzialmente le batterie agli ioni di litio nel lungo periodo, da 5 a 10 anni. Il magnesio è più leggero dei metalli alternativi, tra cui lo zinco e il nichel, ha una maggiore potenziale densità energetica, consentirà alle batterie di avere tempi di ricarica più rapidi e una migliore capacità di supportare dispositivi e applicazioni ad alto consumo energetico».
Potenziali applicazioni
Tianyi Ma ha dichiarato:
«Le batterie del team di ricercatori sono adatte ad applicazioni su larga scala, rendendole ideali per l’accumulo in rete e l’integrazione delle energie rinnovabili, soprattutto in termini di sicurezza. Il progredire della nostra tecnologia con altri tipi di applicazioni di accumulo di energia su scala ridotta, come l’alimentazione delle case e dei dispositivi di intrattenimento, potrebbero diventare realtà».
Tecnologia supportata da ricerche sottoposte a revisione paritaria, finanziamenti governativi e impegno dell’industria
Il team di ricercatori di Tianyi Ma nell’ambito di un progetto ARC Linkage, continua a sviluppare le batterie ad acqua in collaborazione con il partner industriale GrapheneX, un innovatore tecnologico con sede a Sydney.
Il team di ricercatori ha affermato:
«Collaboriamo inoltre a stretto contatto con ricercatori ed esperti di rinomate università e istituti di ricerca in Australia, Stati Uniti, Regno Unito, Giappone, Singapore, Cina e altrove, queste collaborazioni facilitano lo scambio di conoscenze e l’accesso a strutture all’avanguardia. Attingendo alle competenze di questo team globale in diverse aree, possiamo affrontare le complesse sfide in gioco da diversi punti di vista».
