Mobilità elettrica, si immagina un futuro senza nickel e cobalto

Le batterie litio-aria rappresentano una possibile soluzione per una mobilità elettrica più sostenibile. Un recente studio apre nuovi scenari di sviluppo.

Come rendere la mobilità elettrica del futuro sempre più sostenibile? Una delle strade che in questi anni si sta percorrendo con maggiore decisione punta a ridurre la dipendenza dai materiali critici, a partire dal nickel e dal cobalto. Secondo i dati di BloombergNEF, la domanda di minerali nell’industria della mobilità elettrica salirà – entro il 2030 – dagli attuali 4,2 milioni di tonnellate a quasi 14 milioni di tonnellate.

Anche due italiani nel team di ricerca

Una possibile soluzione è rappresentata dalle batterie litio-aria, composte da un elettrodo negativo metallico e un elettrodo positivo che utilizza come materiale attivo l’ossigeno presente nell’atmosfera. Una soluzione che al momento presenta un grande vantaggio e un considerevole svantaggio: a un’enorme densità energetica, infatti, si accompagna una velocità di carica estremamente bassa.

Proprio su questo aspetto si è concentrato il lavoro di un gruppo di ricerca internazionale al quale hanno partecipato Marco Lagnoni e Antonio Bertei, rispettivamente ricercatore e professore associato in Ingegneria chimica al Dipartimento di ingegneria civile e industriale all’Università di Pisa. Le batterie litio-aria, spiegano, “garantiscono un’alta densità di energia e in futuro potrebbero essere utilizzate nei veicoli elettrici rendendoli ancor più sostenibili dal punto di vista ambientale. Oggi, però, non hanno ancora raggiunto prestazioni adeguate ad un loro utilizzo pratico, in particolar modo per quanto riguarda la fase di carica. Un ostacolo che adesso, grazie ai risultati ottenuti assieme ai colleghi delle Università di Oxford e Nottingham, potrà essere presto superato”.

Una sfida importante per il futuro della mobilità elettrica

Il gruppo di ricerca ha infatti scoperto perché gli attuali catalizzatori, chiamati mediatori redox e utilizzati per la ricarica di questa tipologia di batterie, non riescono a garantire una velocità di carica elevata; a limitarne le prestazioni è il fatto che la velocità massima di carica dipende dal potenziale elettrico del mediatore redox. Dopo quasi tre anni di lavoro, Marco Lagnoni e Antonio Bertei hanno sviluppato dei modelli numerici avanzati e unici nel loro genere, attraverso i quali è possibile prevedere le prestazioni energetiche degli elettrodi simulando il processo di carica con mediatori redox.

Ciò ha evidenziato che esistono altri fenomeni, oltre alla cinetica di reazione, che possono rallentare ulteriormente la carica, che dovranno essere affrontati con la stessa attenzione per superare le attuali limitazioni ed ottimizzare la tecnologia. Ora i risultati ottenuti da questo studio, pubblicato sulla rivista accademica Nature Chemistry, permetteranno di indirizzare la ricerca verso la creazione di nuove classi di mediatori redox e l’impiego di materiali diversi da quelli utilizzati finora. La sfida si annuncia difficile, ma si tratta di una grande opportunità per esplorare nuove direzioni di ricerca in grado di elevare il livello di sostenibilità della mobilità elettrica.