Le batterie a base di calcio promettono di raggiungere un'elevata densità di energia a bassi costi di produzione. Questa tecnologia su scala di laboratorio ha il potenziale per sostituire la tecnologia agli ioni di litio nei futuri sistemi di accumulo di energia. Utilizzando gli elettroliti disponibili, però, è stato finora impossibile caricare le batterie al calcio a temperatura ambiente. Nel Scienze energetiche e ambientali rivista, ricercatori del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) presentano ora una promettente classe di elettroliti, con cui questo sarà possibile.

Efficiente, grande, e i sistemi di stoccaggio dell'energia a basso costo faciliteranno la transizione a livello nazionale verso una mobilità e un'alimentazione a emissioni zero. La tecnologia agli ioni di litio predominante di oggi, però, non può svolgere questo compito su scala globale, afferma il professor Maximilian Fichtner di KIT, Direttore della piattaforma di ricerca CELEST (Center for Electrochemical Energy Storage Ulm &Karlsruhe). Qui, vengono studiate batterie al calcio e altre tecnologie di accumulo. "A medio termine, le batterie agli ioni di litio raggiungeranno i loro limiti in termini di prestazioni e alcune delle risorse utilizzate per la loro fabbricazione. Ciò impedirà il loro uso futuro laddove ciò sarebbe ragionevole per la transizione energetica. Disponibilità delle risorse necessarie per la produzione, come il cobalto, nichel, e litio, è limitato." Presso l'Helmholtz Institute Ulm (HIU) istituito da KIT in collaborazione con l'Università di Ulm, Fichtner e il suo team si concentrano invece su tecnologie di batteria alternative. Queste tecnologie si basano su risorse più abbondanti. Il calcio è un candidato promettente, perché può rilasciare e accettare due elettroni per atomo contrariamente al litio e perché fornisce un voltaggio simile a quello del litio:"Il calcio è il quinto elemento più abbondante nella crosta terrestre. È distribuito omogeneamente sulla Terra ed è sicuro, non tossico, e poco costoso."

Cerca un elettrolita adatto

Ancora, finora c'è stato un grosso ostacolo nello sviluppo delle batterie al calcio:a differenza della consolidata tecnologia agli ioni di litio o delle più recenti tecnologie al sodio o al magnesio, Finora sono mancati elettroliti praticabili per produrre batterie ricaricabili al calcio. "Da qualche anno, elettroliti sperimentali e, quindi, sono stati disponibili prototipi della batteria al calcio, "dice il dottor Zhenyou Li, primo autore dello studio, e il dottor Zhirong Zhao-Karger, chi dirige il progetto. Entrambi stanno lavorando nel cluster di eccellenza POLiS (Post Lithium Storage) di KIT che è incorporato in CELEST. "Ma questi elettroliti consentono la ricarica solo a temperature superiori a 75 gradi Celsius e inoltre sono suscettibili di reazioni collaterali indesiderate".

I ricercatori sono ora riusciti a sintetizzare una classe di nuovi elettroliti basati su speciali sali di calcio organico. Questi elettroliti consentono la ricarica a temperatura ambiente. Utilizzando il nuovo elettrolita di calcio tetrakis[esafluoroisopropilossi]borato, i ricercatori hanno dimostrato la fattibilità di batterie al calcio ad alta densità energetica, capacità di memoria, e capacità di ricarica rapida. I loro risultati sono riportati sulla rivista Scienze energetiche e ambientali .

Batterie al calcio come sistemi di accumulo di energia sostenibile

La nuova classe di elettroliti è una base importante per il trasferimento delle batterie al calcio dal laboratorio all'applicazione. Nei veicoli elettrici, dispositivi elettronici mobili, e sistemi di stoccaggio fissi, potrebbero sostituire un giorno la batteria agli ioni di litio attualmente predominante. Ma questo potrebbe richiedere del tempo:"I nuovi elettroliti sono un primo passo importante, " Sottolinea Fichtner. "C'è ancora molta strada da fare per arrivare alla batteria al calcio maturo".