Realizzato il primo prototipo di batteria al calcio utilizzabile, dai costi potenzialmente bassissimi

I ricercatori dell’Università di Tohoku hanno recentemente sviluppato un prototipo di batteria ricaricabile al calcio-metallo capace di 500 cicli di carica  ripetuti. Cinquecento cicli sono il punto di riferimento per l’uso pratico delle batterie. Il risultato è stato raggiunto grazie allo sviluppo di un catodo composito di nanoparticelle di solfuro di rame e carbonio e di un elettrolita a base di idruri.

Con l’aumento delle vendite compulsive di veicoli elettrici e di sistemi di accumulo di energia su scala di rete, la necessità di esplorare alternative alle batterie agli ioni di litio non è mai stata così grande.
La scoperta è stata appena pubblicata sulla rivista Advanced Science.

Il progresso si concentra sull’elemento calcio e ora un prototipo è in fase di test. Il calcio (Ca) è il quinto elemento più abbondante nella crosta terrestre, è ampiamente disponibile e poco costoso e ha un potenziale di densità energetica superiore a quello delle batterie agli ioni di litio (LIB). Si ritiene inoltre che le sue proprietà aiutino ad accelerare il trasporto e la diffusione degli ioni negli elettroliti e nei materiali catodici, dandogli un vantaggio rispetto ad altre alternative LIB come il magnesio e lo zinco.

Purtroppo molti ostacoli rimangono sulla strada della fattibilità commerciale delle batterie al Ca metallico. La mancanza di un elettrolita efficiente e l’assenza di materiali catodici con sufficienti capacità di immagazzinare Ca2+ si sono rivelati i principali ostacoli.

Schema di un prototipo di batteria al Calcio metallico.

Nel 2021, alcuni membri dell’attuale gruppo di ricerca hanno fornito una soluzione al primo problema, realizzando un nuovo elettrolita di calcio privo di fluoro basato su un cluster di idrogeno (monocarborano). L’elettrolita ha dimostrato prestazioni elettrochimiche nettamente migliorate,

Per ‘attuale ricerca, è stato  testato il funzionamento a lungo termine di una batteria al Ca metallico con un catodo composito di nanoparticelle di solfuro di rame (CuS) e carbonio e un elettrolita a base di idruro.  Il solfuro di rame, abbondante in natura, ha proprietà elettrochimiche favorevoli. La sua struttura stratificata gli consente di immagazzinare una varietà di cationi, tra cui litio, sodio e magnesio. Ha una grande capacità teorica di 560 mAh g-1, da due a tre volte superiore agli attuali materiali catodici per le batterie agli ioni di litio.
Attraverso la nanoparticolazione e la composizione con materiali di carbonio, Kisu e i suoi colleghi sono riusciti a creare un catodo in grado di immagazzinare grandi quantità di ioni di calcio. Utilizzando l’elettrolita di tipo idruro, hanno prodotto una batteria con un rendimento ciclico altamente stabile. Il prototipo di batteria ha mantenuto il 92% di mantenimento della capacità per oltre 500 cicli, in base alla capacità del 10° ciclo.

Il gruppo è fiducioso che la loro scoperta contribuirà a far progredire la ricerca sui materiali catodici per le batterie a base di Ca. “Il nostro studio conferma la fattibilità degli anodi di Ca metallico per il funzionamento a lungo termine e speriamo che i risultati accelerino lo sviluppo di batterie al Ca metallico”, ha dichiarato Kisu.

I materiali utilizzati permetteranno lo sviluppo di batterie potenti, ma a costi estremamente bassi. Questa sarebbe la vera rivoluzione elettrica che stiamo ancora aspettando.