Dall’Australia l’innovazione che può mandare in pensione le batterie al litio (e non solo)

Il Santo Graal dello stoccaggio energetico è sempre stato un dispositivo che unisse due caratteristiche spesso antitetiche: l’elevata capacità di immagazzinare energia, tipica delle batterie, e l’altissima velocità di erogazione e ricarica, tipica dei condensatori. Finora si doveva scegliere: o tanta energia erogata lentamente, o poca energia erogata in un lampo. Ora, dall’Australia, arriva una notizia che potrebbe cambiare le regole del gioco.

Un team di ingegneri della Monash University ha sviluppato un nuovo materiale a base di carbonio che permette ai supercondensatori di raggiungere una densità energetica paragonabile a quella delle batterie al piombo-acido, mantenendo però la loro proverbiale rapidità. Una scoperta che potrebbe avere un impatto devastante su settori come i trasporti elettrificati, la stabilizzazione delle reti elettriche e l’elettronica di consumo. Questa implementazione tecnologica è stata pubblicata su Nature Communications.

La chiave? Un trattamento termico “intelligente”

Il problema dei supercondensatori tradizionali è sempre stato quello di non riuscire a sfruttare tutta la superficie del materiale di cui sono composti per immagazzinare carica. È un po’ come avere una biblioteca immensa ma poter accedere solo agli scaffali vicino all’ingresso.

Il professor Mainak Majumder, direttore dell’ARC Research Hub for Advanced Manufacturing with 2D Materials (AM2D), ha spiegato la svolta in termini semplici: “Il nostro team ha mostrato come sbloccare molta più superficie semplicemente cambiando il modo in cui il materiale viene trattato termicamente“.

Struttura molecolare del grafene, bidimensionale

Il segreto risiede in un’architettura materiale chiamata ossido di grafene ridotto multiscala (M-rGO) ( multiscale reduced graphene oxide). Questo materiale, sintetizzato a partire dalla grafite naturale (una risorsa di cui, guarda caso, l’Australia è ricca), viene sottoposto a una “ricottura termica rapida”. Questo processo crea strutture di grafene altamente curve con percorsi ottimizzati, delle vere e proprie “autostrade” per gli ioni, che possono così muoversi molto più velocemente e raggiungere una porzione maggiore del materiale.

Il risultato è un dispositivo che offre il meglio di entrambi i mondi, l’accumulo e la condensazione.

I risultati in cifre

Le prestazioni del nuovo supercondensatore sono tra le migliori mai registrate per dispositivi a base di carbonio. Vediamo i dati più significativi:

• Densità energetica volumetrica: Fino a $99.5\text{Wh/L}$ (wattora per litro), un valore che si avvicina a quello di una batteria al piombo-acido.
• Densità di potenza: Fino a $69.2\text{kW/L}$ (kilowatt per litro), una capacità di erogazione istantanea enormemente superiore a qualsiasi batteria chimica.
• Velocità di ricarica: Estremamente rapida, nell’ordine di secondi o pochi minuti.
• Stabilità del ciclo: Eccellente, garantendo una lunghissima durata nel tempo senza degrado significativo delle prestazioni.

Come ha sottolineato il Dr. Petar Jovanović, ricercatore dell’ARC AM2D Hub, “il processo è scalabile e compatibile con le materie prime australiane”, un dettaglio non da poco in un mondo affamato di indipendenza nelle catene di approvvigionamento.

Dalla teoria alla pratica: la commercializzazione è già iniziata

Questa non è solo una bella scoperta confinata in un laboratorio. La tecnologia sta già percorrendo la strada della commercializzazione grazie a Ionic Industries, uno spin-out della stessa Monash University. Il Dr. Phillip Aitchison, CTO dell’azienda, ha confermato che stanno già producendo quantità commerciali di questi materiali a base di grafene.

Le applicazioni potenziali sono enormi:

• Veicoli elettrici: Addio alle lunghe attese alle colonnine. Ricariche complete in pochi minuti.
• Rete elettrica: Stabilizzazione della rete assorbendo e rilasciando istantaneamente i picchi di energia da fonti rinnovabili intermittenti come il solare e l’eolico. L’implementazione di queste tecnologie potrebbe finalmente stabilizzare le reti che si appoggiano a energie incostanti, come le rinnovabili.
• Droni ed elettronica: Dispositivi più leggeri, performanti e con tempi di ricarica quasi nulli.

Staremo a vedere se questa rivoluzione australiana manterrà le sue promesse, o se i costi di produzione di massa la relegheranno, come tante altre, nel cassetto delle buone intenzioni. Per ora, però, l’idea di poter mandare in soffitta le complesse e delicate batterie al litio è più concreta che mai.

Il nuovo super-condensatore della Ionic

Domande e Risposte

1) Perché questa notizia è così importante per il settore energetico? Questa scoperta è fondamentale perché affronta il compromesso storico tra capacità energetica e potenza. Le batterie attuali immagazzinano molta energia ma la rilasciano e si ricaricano lentamente. I condensatori fanno il contrario. Questo nuovo supercondensatore unisce le due qualità, offrendo un dispositivo che immagazzina quasi quanto una batteria ma con la velocità di un condensatore. Ciò potrebbe rivoluzionare la gestione dell’energia, rendendo i veicoli elettrici pratici come quelli a benzina e le reti elettriche molto più stabili e adatte alle fonti rinnovabili.

2) In cosa si differenzia fondamentalmente questo supercondensatore da una batteria al litio? La differenza è nel principio di funzionamento. Una batteria al litio immagazzina energia tramite reazioni chimiche, un processo intrinsecamente lento che causa anche usura nel tempo. Questo supercondensatore, invece, immagazzina energia elettrostaticamente, accumulando ioni sulla superficie del suo materiale. Questo processo è quasi istantaneo, molto più efficiente e non degrada il materiale, garantendo un numero di cicli di carica/scarica enormemente superiore. Inoltre, si basa sul carbonio (grafite), un materiale molto più abbondante e meno problematico geopoliticamente del litio e del cobalto.

3) Quali potrebbero essere le ricadute economiche e strategiche se questa tecnologia prendesse piede? Le ricadute sarebbero enormi. In primo luogo, potrebbe ridurre la dipendenza strategica dalla Cina, che oggi controlla gran parte della filiera delle batterie al litio. Paesi ricchi di grafite, come l’Australia, guadagnerebbero un vantaggio competitivo. In secondo luogo, accelererebbe la transizione energetica, risolvendo uno dei colli di bottiglia delle rinnovabili (l’intermittenza) e dei veicoli elettrici (i tempi di ricarica). Infine, creerebbe un mercato completamente nuovo per dispositivi più duraturi e performanti, con un impatto positivo anche sulla gestione dei rifiuti elettronici.