Batterie di nuova generazione sempre più sicure e affidabili grazie all’impiego di elettroliti più stabili e non infiammabili, in grado di garantire il corretto funzionamento dei sistemi di accumulo elettrochimico anche a temperature ad oggi impensabili per modelli commerciali.
È questa la nuova frontiera della ricerca ENEA, delineata in uno studio pubblicato sulla rivista scientifica Batteries, che per la prima volta sta sperimentando sulle batterie agli ioni di sodio nuove soluzioni elettrolitiche per superare uno dei maggiori limiti di questa tecnologia: la sicurezza.
Il principale punto critico è rappresentato dagli elettroliti, i componenti (in genere liquidi) che consentono il movimento degli ioni all’interno della batteria e ne rendono possibile il funzionamento.
Gli elettroliti convenzionali delle batterie commerciali sodio-ione (e litio-ione) sono infiammabili, instabili alle alte temperature e soggetti a fenomeni di degradazione, con conseguenze negative sulle prestazioni, sulla durata e sull’affidabilità del dispositivo.
In tali condizioni, eventi come il sovraccarico o il cortocircuito possono innescare processi che, nei casi più gravi, portano all’incendio o addirittura all’esplosione della batteria.
In questo contesto, la strategia sviluppata da ENEA per realizzare batterie più sicure e altamente performanti si basa sulle tecnologie elettrolitiche ibride. “Si tratta di un nuovo approccio concettuale che combina i vantaggi dei liquidi ionici con quelli dei solventi organici commerciali per ottenere un elettrolita in grado di rendere la batteria più sicura e stabile, migliorandone al contempo le prestazioni.
I primi test di laboratorio hanno finora mostrato risultati promettenti: abbiamo verificato che la nostra miscela elettrolitica consente di ampliare l’operatività delle batterie al sodio a temperature inferiori a -20 °C”, spiega Giovanni Battista Appetecchi del Laboratorio Tecnologie e dispositivi per l’accumulo elettrochimico (ACEL) del Dipartimento Tecnologie energetiche e fonti rinnovabili ENEA (TERIN).
“ENEA ha un’esperienza nel settore dei liquidi ionici riconosciuta a livello internazionale e consolidata da oltre 25 anni di attività di ricerca”, spiega Antonio Rinaldi, responsabile del Laboratorio ACEL. “Questa competenza ha consentito di sviluppare e brevettare una procedura di sintesi scalabile, a basso costo e a ridotto impatto ambientale, che utilizza l’acqua come unico solvente di processo e permette di ottenere liquidi ionici caratterizzati da elevata purezza e prestazioni. Ad oggi ne abbiamo sintetizzati oltre cento”.
I liquidi ionici (sali fusi a temperatura ambiente o a temperature inferiori) rappresentano materiali di grande interesse nel campo delle batterie e dell’elettrochimica: non evaporano, non sono infiammabili e possiedono un buon potere solvente, oltre a una buona conducibilità ionica e a un’elevata stabilità termo-chimico-elettrochimica.
Inoltre, hanno dimostrato un’ottima resistenza anche a temperature superiori a 70 °C, condizioni oggi difficilmente raggiungibili dalle batterie commerciali, mantenendo stabilità chimica e risultando quindi adatti a scenari operativi estremi.
“Per questi motivi vengono considerati più sicuri rispetto ai comuni elettroliti organici utilizzati nelle batterie convenzionali, come quelle agli ioni di litio”, sottolinea Giovanni Battista Appetecchi.
