Il Politecnico sviluppa una membrana in gel che trasporta ioni fluoruro a temperatura ambiente e promette più sicurezza e autonomia.
Milano – Un nuovo elettrolita polimerico per sostituire gli ioni di litio nelle batterie. È il frutto della ricerca svolta da un team del Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica – DCMIC “Giulio Natta” del Politecnico di Milano, che ha concepito e sviluppato una rivoluzionaria membrana in gel quasi-solido, non infiammabile, in grado di favorire il trasporto degli ioni fluoruro a temperatura ambiente all’interno delle batterie.
Lo studio, i cui risultati sono stati pubblicati sulla prestigiosa rivista Energy Storage Materials, è nato da una collaborazione tra diversi docenti e laboratori del DCMIC, grazie a un approccio interdisciplinare che ha integrato competenze di chimica, ingegneria dei materiali, elettrochimica e dinamica molecolare. Protagonisti il coordinatore Maurizio Sansotera, responsabile del laboratorio Fluoritech, Luca Magagnin, responsabile del SEE Lab – Surface Engineering and Electrochemistry Laboratory, che ha curato la caratterizzazione elettrochimica, e Giuseppina Raffaini, il cui contributo nella dinamica molecolare è stato fondamentale per comprendere i meccanismi alla base del trasporto degli ioni fluoruro della membrana polimerica.
Uno studio pionieristico proprio nel definire, per la prima volta, il concetto di Fluoride Exchange Membrane – FEM, in analogia con le diffuse membrane a scambio protonico (PEM), già utilizzate in numerose applicazioni, e scambio anionico (AEM).
I vantaggi di batterie agli ioni fluoruro sono diversi, e notevoli, a partire dall’impatto ambientale in quanto potrebbero sfruttare materiali più facilmente reperibili e molto più abbondanti del litio. E non solo: potrebbero avere un ruolo attivo nella transizione energetica, per i sistemi di accumulo necessari a immagazzinare l’energia proveniente da fonti rinnovabili, grazie a una caratteristica fondamentale di questo innovativo materiale: la sua non-infiammabilità.
“Le energie rinnovabili hanno picchi di produzione le cui fasce orarie non corrispondono a quelli di consumo; per risolvere questo problema, diversi Paesi europei stanno realizzando sistemi di accumulo per l’energia prodotta, ma la diffusione di questi sistemi è spesso condizionata dai timori legati al rischio di incendio delle batterie – spiega Maurizio Sansotera, docente di Fondamenti Chimici – La tecnologia che stiamo sviluppando si basa sull’impiego di una membrana polimerica non infiammabile che riduce il rischio di incendio e offre, al contempo, il vantaggio di utilizzare un elemento abbondante ed equamente distribuito in natura”.
Non solo più sicure, ma anche batterie più leggere e in grado di durare più a lungo, in quanto potrebbero offrire densità energetiche teoriche superiori: “Si parla di circa 600 Wattora per chilo, mentre le batterie agli ioni di litio standard viaggiano sui 150-250 circa. Nella pratica, significherebbe circa una durata doppia: in un’auto elettrica, si potrebbe percorrere il doppio dei chilometri – afferma Luca Magagnin, docente di Chimica Fisica Applicata – e gli utilizzi sono svariati, dai sistemi di accumulo, appunto, a droni, satelliti, aerei”.
Un altro aspetto fondamentale, poi, è che il trasporto degli ioni fluoruro nell’elettrolita polimerico creato avviene a temperatura ambiente: “La membrana quasi solida da noi ideata consente il trasporto degli ioni fluoruro già a temperatura ambiente. Si riesce così ad evitare lo spreco di energia necessario per il preriscaldamento della batteria – sottolinea Giuseppina Raffaini, docente di Chimica e Materiali – Nelle precedenti generazioni di batterie agli ioni fluoruro era necessario, invece, raggiungere temperature operative intorno ai 100-150 gradi per migliorarne la conducibilità ionica, consumando parte dell’energia immagazzinata dissipandola in calore”.
La membrana gel agli ioni fluoruro inoltre permette di superare la dipendenza dal litio e di compiere un importante passo avanti verso lo sviluppo di batterie di nuova generazione, con la prospettiva di offrire maggiore densità energetica, più sicurezza e migliore sostenibilità.