Batteria agli ioni di alluminio, l’alternativa alle batterie al litio

La nuova batteria agli ioni di alluminio potrebbe sostituire molte delle batterie agli ioni di litio e alcaline largamente in uso oggi. Gli scienziati della Stanford University hanno inventato la prima batteria agli ioni in alluminio economica ad alte prestazioni, di lunga durata e a ricarica rapida. I ricercatori sostengono che questa nuova tecnologia offra un’alternativa sicura a molte delle batterie commerciali oggi largamente usate.

“Abbiamo sviluppato una batteria ricaricabile in alluminio che può sostituire gli attuali contenitori come le batterie alcaline, nocive per l’ambiente, e quelle agli ioni di litio, che occasionalmente prendono fuoco” – E’ il commento di Hongjie Dai, professore di chimica a Stanford – “La nostra batteria agli ioni di alluminio non s’incendia, nemmeno se la si perfora“.

L’alluminio è sempre stato un materiale d’interesse nel campo delle batterie, soprattutto grazie al basso costo, al basso livello d’infiammabilità e all’elevata capacità d’immagazzinamento della carica. Per decenni i ricercatori hanno tentato, senza succcesso, di sviluppare una batteria agli ioni di alluminio commercialmente praticabile. La sfida chiave è stata il trovare materiali in grado di produrre sufficiente voltaggio dopo cicli ripetuti di carica e scarica.

Batteria agli io di alluminio, catodo in grafite

Una batteria agli ioni di alluminio consiste in due elettrodi: un anodo caricato negativamente, costruito in alluminio, ed un catodo positivo. “Molti hanno provato diversi tipi di materiali per il catodo ” – aggiunge Dai – “Noi abbiamo scoperto accidentalmente che una soluzione semplice è l’uso della grafite, che è essenzialmente carbonio. Nel nostro studio abbiamo identificato alcuni tipi di materiali in grafite in grado di dare ottime prestazioni“.

Il professor Dai ha aggiunto che “Le batterie in alluminio sono più sicure di quelle convenzionali al litio utilizzate oggi in milioni di computer portatili e telefoni cellulari. Le batterie agli ioni di litio possono creare dei pericoli d’incendio“.

Come esempio Dai ha evidenziato le recenti decisioni da parte delle compagnie aeree americane United e Delta di proibire l’imbarco di carichi voluminosi di batterie al litio sugli aerei passeggeri. “Abbiamo realizzato dei video in cui mostriamo che si può perforare il contenitore della batteria in alluminio e questa continua a funzionare ancora per un po’, senza prendere fuoco. Invece le batterie al litio possono incendiarsi in modi imprevisti: in aria, in auto o anche in tasca. Ma oltre alla sicurezza, abbiamo ottenuto risultati di primo piano nelle prestazioni.

Batteria agli ioni di alluminio, velocissima a ricaricarsi

Ad esempio nella ricarica è velocissima. Chi possiede uno smartphone sa che ci vogliono anche delle ore per ricaricare una batteria al litio. Invece il team di Stanford ha annunciato “risultati senza precedenti“, fino a meno di un minuto, col prototipo in alluminio.

Batteria agli ioni di alluminio, maggiore durata

La durata è un altro fattore importante. Le batterie in alluminio sviluppate in altri laboratori solitamente si esaurivano dopo soli 100 cicli di carica-ricarica. La batteria di Stanford però è stata in grado di superare i 7.500 cicli senza alcuna perdita di capacità. “Per la prima volta si ottiene una batteria superveloce in alluminio stabile per migliaia di cicli” – commentano gli autori. Al confronto, una tipica batteria al litio dura circa 1.000 cicli.

“Un’altra caratteristica è la flessibilità” – aggiunge Gong – “Puoi piegarla e ripiegarla, dunque ha il potenziale per l’uso nei dispositivi elettronici flessibili. L’alluminio è anche un metallo più economico del litio“.

Batteria agli ioni di alluminio, fattore green

Il professor Dai si sofferma sulle tematiche ambientali: “La tecnologia agli ioni di alluminio offre anche un’alternativa compatibile con l’ambiente rispetto alle batterie alcaline usa e getta. Milioni di consumatori usano batterie AA e AAA da 1.5 volt. La nostra batteria ricaricabile in alluminio genera circa 2 volts di elettricità: la più alta di sempre fra chiunque abbia sperimentato questo materiale“.

Batteria agli ioni di alluminio, servono miglioramenti

Tuttavia sono necessari ancora parecchi miglioramenti per raggiungere il voltaggio delle batterie al litio. “Le nostre batterie producono circa la metà del voltaggio di una tipica batteria al litio. Ma i miglioramenti nei materiali per il catodo permetteranno prima o poi aumenti nel voltaggio e nella densità dell’energia“.
Il professor Dai conclude evidenziando che “sotto tutti gli altri punti di vista la nostra batteria ha tutto ciò che si può sognare in una batteria: elettrodi economici, buona sicurezza, rapidità di ricarica, flessibilità e lunga durata di vita. Questa è una batteria ai suoi primi passi. Tutto ciò è molto appassionante“.