Batterie strutturali: università svedese realizza una robusta fibra di vetro che può fungere da elemento portante e da batteria

La Chalmers University of Technology, in Svezia, ha realizzato un’innovazione rivoluzionaria nel campo dello “stoccaggio di energia come struttura”.

I ricercatori hanno creato la batteria strutturale più resistente al mondo, che funge sia da fonte di energia che da materiale portante. Questa innovazione ha il potenziale per ridurre significativamente il peso di automobili, aerei ed elettronica, migliorando radicalmente l’efficienza energetica. Ad esempio, potrebbe dimezzare il peso dei computer portatili, creare telefoni cellulari ultrasottili ed estendere l’autonomia delle auto elettriche fino al 70% con una sola carica, segnando un importante passo avanti nella tecnologia sostenibile.

“Siamo riusciti a creare una batteria in fibra di carbonio composita, rigida come l’alluminio e sufficientemente densa di energia da poter essere utilizzata in commercio. Proprio come uno scheletro umano, la batteria ha diverse funzioni allo stesso tempo”. Richa Chaudhary, ricercatore di Chalmers e primo autore di un articolo scientifico recentemente pubblicato su Advanced Materials.

La ricerca sulle batterie strutturali è in corso da molti anni presso Chalmers, e in alcune fasi anche insieme ai ricercatori del KTH Royal Institute of Technology di Stoccolma, in Svezia. Quando nel 2018 il professor Leif Asp e i suoi colleghi hanno pubblicato i primi risultati su come le fibre di carbonio, rigide e resistenti, possano immagazzinare energia elettrica per via chimica, il progresso ha attirato un’enorme attenzione. La notizia che le fibre di carbonio possono funzionare come elettrodi nelle batterie agli ioni di litio è stata ampiamente diffusa e il risultato è stato classificato come una delle dieci maggiori scoperte dell’anno dal prestigioso Physics World.

Batteria in fibra di carbonio

Un peso inferiore richiede meno energia Da allora, il gruppo di ricerca ha ulteriormente sviluppato il suo concetto per aumentare sia la rigidità che la densità energetica. La precedente pietra miliare è stata raggiunta nel 2021, quando la batteria aveva una densità energetica di 24 wattora per chilogrammo (Wh/kg), ovvero circa il 20% della capacità di una batteria agli ioni di litio comparabile. Ora è arrivata a 30 Wh/kg. Sebbene questo valore sia ancora inferiore a quello delle batterie odierne, le condizioni sono molto diverse.

Quando la batteria fa parte della struttura e può essere realizzata in un materiale leggero, il peso complessivo del veicolo si riduce notevolmente. Se la struttura stessa di un’auto viene a essere parte della batteria, il riparmio di peso, e quindi di energia necessaria a muovere l’auto, viene ad essere notevole, anche se la densità non è ancora elevata.

In termini di proprietà multifunzionali, la nuova batteria è due volte migliore del suo predecessore – e di fatto è la migliore mai realizzata al mondo. Leif Asp, professore presso il Dipartimento di Scienza Industriale e dei Materiali di Chalmers

Nella progettazione dei veicoli, la sicurezza è fondamentale e richiede materiali resistenti e leggeri al tempo stesso. La cella strutturale della batteria sviluppata dal team di ricerca di Chalmers eccelle in questo campo, avendo aumentato significativamente la sua rigidità, misurata dal modulo elastico, da 25 a 70 gigapascal (GPa). Leif Asp, che studia le batterie strutturali dal 2007, sottolinea questa svolta: “In termini di proprietà multifunzionali, la nuova batteria è due volte migliore del suo predecessore – ed è in effetti la migliore mai realizzata al mondo”.

Oltre all’auto si possono pensare ad altri usi di queste batterie: ad esempio si può immaginare che i telefoni cellulari sottili come una carta di credito o i computer portatili che pesano la metà di quelli attuali siano i più vicini nel tempo. Potrebbe anche accadere che componenti come l’elettronica delle automobili o degli aerei siano alimentati da batterie strutturali. Saranno necessari grandi investimenti per soddisfare il difficile fabbisogno energetico dell’industria dei trasporti, ma questo è anche il settore in cui la tecnologia potrebbe fare la differenza”, afferma Leif Asp, che ha notato un grande interesse da parte dell’industria automobilistica e aerospaziale.