Un nuovo materiale conduttore e un nuovo materiale per elettrodi potrebbero aprire la strada a batterie economiche e quindi allo stoccaggio su larga scala di energia rinnovabile.

La transizione energetica dipende da tecnologie che consentono lo stoccaggio temporaneo ed economico di energia elettrica da fonti rinnovabili. Un nuovo candidato promettente sono le batterie in alluminio, che sono fatti di materie prime economiche e abbondanti.

Scienziati dell'ETH di Zurigo e dell'Empa, guidato da Maksym Kovalenko, Professore di Materiali Inorganici Funzionali, sono tra coloro che sono coinvolti nella ricerca e nello sviluppo di batterie di questo tipo. I ricercatori hanno ora identificato due nuovi materiali che potrebbero portare a importanti progressi nello sviluppo delle batterie in alluminio. Il primo è un materiale resistente alla corrosione per le parti conduttive della batteria; il secondo è un nuovo materiale per il polo positivo della batteria che può essere adattato a un'ampia gamma di requisiti tecnici.

Poiché il fluido elettrolitico nelle batterie in alluminio corrode l'acciaio inossidabile, oro e platino, gli scienziati stanno cercando materiali resistenti alla corrosione per le parti conduttive di queste batterie. nitruro di titanio, un materiale ceramico che presenta una conduttività sufficientemente elevata, è un tale conduttore. "Questo composto è costituito dagli elementi molto abbondanti titanio e azoto, ed è facile da produrre, " spiega Kovalenko.

Gli scienziati hanno realizzato con successo batterie in alluminio con parti conduttive in nitruro di titanio in laboratorio. Il materiale può essere facilmente prodotto sotto forma di film sottili, anche come rivestimento su altri materiali come i fogli polimerici. Kovalenko ritiene che sarebbe anche possibile fabbricare i conduttori da un metallo convenzionale e rivestirli con nitruro di titanio, o anche per stampare tracce conduttive di nitruro di titanio sulla plastica. "Le potenziali applicazioni del nitruro di titanio non si limitano alle batterie in alluminio. Il materiale potrebbe essere utilizzato anche in altri tipi di batterie; ad esempio, in quelli a base di magnesio o sodio, o in batterie agli ioni di litio ad alto voltaggio, "dice Kovalenko.

Il secondo nuovo materiale può essere utilizzato per l'elettrodo positivo (polo) delle batterie in alluminio. Considerando che l'elettrodo negativo in queste batterie è in alluminio, l'elettrodo positivo è solitamente in grafite. Ora, Kovalenko e il suo team hanno trovato un nuovo materiale che rivaleggia con la grafite in termini di quantità di energia che una batteria è in grado di immagazzinare. Il materiale in questione è polipirene, un idrocarburo con una struttura molecolare a catena (polimerica). Negli esperimenti, campioni del materiale, in particolare quelli in cui le catene molecolari si aggregano in modo disordinato, si sono rivelati ideali. "Rimane molto spazio tra le catene molecolari. Ciò consente agli ioni relativamente grandi del fluido elettrolitico di penetrare e caricare facilmente il materiale dell'elettrodo, "Spiega Kovalenko.

Uno dei vantaggi degli elettrodi contenenti polipirene è che gli scienziati sono in grado di influenzare le loro proprietà, come la porosità. Il materiale può quindi essere adattato perfettamente all'applicazione specifica. "In contrasto, la grafite attualmente utilizzata è un minerale. Dal punto di vista dell'ingegneria chimica, non può essere modificato, "dice Kovalenko.

Poiché sia ​​il nitruro di titanio che il polipirene sono materiali flessibili, i ricercatori ritengono che siano adatti per l'uso in "celle a sacchetto" (batterie racchiuse in un film flessibile).

Batterie per la transizione energetica

Una quantità crescente di elettricità è generata dall'energia solare ed eolica. Però, poiché l'elettricità è necessaria anche quando il sole non splende e il vento non soffia, saranno necessarie nuove tecnologie, come nuovi tipi di batterie, immagazzinare questa elettricità in modo economico. Sebbene le batterie agli ioni di litio esistenti siano ideali per l'elettromobilità grazie al loro peso ridotto, sono anche piuttosto costosi e quindi inadatti a grandi economie di scala, accumulo di energia stazionario.

Per di più, il litio è un metallo relativamente raro ed è difficile da estrarre, a differenza dell'alluminio, magnesio o sodio. Le batterie basate su uno degli ultimi tre elementi sono quindi viste come un'opzione promettente per l'accumulo di energia stazionaria in futuro. Però, tali batterie sono ancora in fase di ricerca e non sono ancora entrate nell'uso industriale.