Magnesio al posto del litio: una nuova tecnica permetterà batterie meno costose e inquinanti

I ricercatori dell‘Università di Tohoku hanno compiuto un progresso rivoluzionario nella tecnologia delle batterie, sviluppando un nuovo materiale catodico per le batterie ricaricabili al magnesio, che consente una carica e una scarica efficienti anche a basse temperature.

I dettagli dei risultati sono stati pubblicati nel Journal of Materials Chemistry A.

Gli scienziati hanno studiato dei materiali chiamati DRX, composti da diversi elementi chimici (tra cui litio, cromo, manganese, ferro, zinco e molibdeno), per utilizzarli come elettrodi nelle batterie a base di magnesio (RMBs). Queste batterie hanno diversi potenziali vantaggi rispetto a quelle agli ioni di litio, ma la ricerca è ancora ai suoi stadi iniziali.

Scarico degli ioni di magnesio da una struttura cristallina salina

Uno dei problemi principali era capire come inserire e togliere il magnesio dall’elettrodo in modo reversibile (cioè, ricaricabile). I materiali DRX con struttura salina (simile al salgemma) hanno destato particolare interesse.

Il problema è stato risolto seguendo un insieme di tecniche avanzateq quali:

1. Creando posti vuoti (vacanze) nella struttura cristallina: Introducendo litio nella composizione iniziale del DRX, dopo la sua estrazione si creano i “posti vuoti” necessari per il movimento del magnesio.
2. Controllando lo stato di ossidazione (la carica) degli altri metalli: Ciò è importante per il bilanciamento delle cariche elettriche durante l’inserimento e l’estrazione del magnesio.
3. Aumentando la diffusione del magnesio: La presenza del litio favorisce la diffusione degli ioni di magnesio all’interno della struttura.

Questo rappresenta il primo utilizzo dell’ossido di rocce come materiale catodico per le RMB. La strategia ad alta entropia impiegata dai ricercatori ha permesso ai difetti cationici di attivare il catodo di ossido di rocce.

Finora, erano necessarie temperature elevate per aumentare la mobilità del Mg nei materiali catodici convenzionali, come quelli con una struttura a spinello. Il materiale presentato dai ricercatori dell’Università Tohoku funziona in modo efficiente a soli 90°C, dimostrando una riduzione significativa della temperatura operativa richiesta e rendendo quindi il Magnesio un materiale utilizzabile proficuamente nel catodo.

Cosa significa in pratica

Tomoya Kawaguchi, professore presso l’Istituto di Ricerca sui Materiali (IMR) dell’Università di Tohoku, sottolinea le implicazioni più ampie dello studio.

Il professore ha affermato: “Il litio è scarso e distribuito in modo non uniforme, mentre il magnesio è disponibile in abbondanza e offre un’alternativa più sostenibile ed economica per le batterie agli ioni di litio. Le batterie al magnesio, con il materiale catodico di nuova concezione, sono destinate a svolgere un ruolo centrale in diverse applicazioni, tra cui l’accumulo nella rete, i veicoli elettrici e i dispositivi elettronici portatili, contribuendo al passaggio globale verso le energie rinnovabili e la riduzione dell’impronta di carbonio“.

Inoltre il magnesio è anche molto più semplice da riciclare e dà molti meno problemi di inquinamento amnbientale rispetto al litio. Il magnesio, ad esempio, è comunemente presente nel sale marino.

In definitiva, la scoperta rappresenta un importante passo avanti nella ricerca di soluzioni di accumulo energetico efficienti ed ecologiche.