Batterie a litio-aria: cosa sono e come funzionano.

Le batterie al litio sono particolari accumulatori di energia ad elevata efficienza e lunga durata. Tali caratteristiche, quasi esclusive, le hanno rese le reggine del mercato dell’elettronica. Il successo fin ora raggiunto è proiettato in un futuro incremento, di utilizzo, in specifici settori attinenti sistemi di energia rinnovabile off-grid, progetti smart-city e alimentazioni ibride on-grid.
A fronte di tanti vantaggi corrispondono notevoli svantaggi attinenti ad un elevato accumulo di rifiuti difficili da smaltire e da una depauperazione di preziosi metalli. Difatti al fine di fronteggiare tali problematiche è stata introdotta, il 26 settembre del 2006, una direttiva europea attinente batterie ed accumulatori: 2006/66/CE.
Il nucleo centrale della disciplina europea attiene all’obbligo, per tutti gli stati membri, di raccolta e riciclo dei materiali (delle batterie) indipendentemente dalla loro classificazione elettrochimica. Lo scopo di questo articolo è quello di esaminare la tecnologia delle batterie a ioni di litio-aria, le principali applicazioni e le nuove prospettive tecnologiche.
(per maggiori approfondimenti sulla disciplina europea consultare il seguente link: http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2006:266:0001:0014:it:PDF)

Batterie litio-aria: generalità

Esistono quattro tipi di batterie Litio-aria che sono classificate in base all’elemento in cui sono diluiti i sali di litio, ossia classificati in base all’elettrolita:

  • A solventi acquosi;
  • A solventi non acquosi;
  • A solventi ibridi (miscele);
  • A sezioni totalmente solide.

La caratteristica comune è che tutti utilizzano litio (metallico) come anodo e ossigeno gassoso come catodo in modo indipendente dai differenti meccanismi di reazione elettrolitici. Per completezza di analisi definiamo gli elementi enunciati come segue:

  • Anodo: è il polo negativo che fornisce elettroni al circuito;
  • Catodo: è il polo positivo che acquista elettroni dal circuito (la tipologia di cella è nominata solitamente in base al materiale con cui è costituito il catodo);
  • Elettrolita: separa i due elettrodi (anodo e catodo) e costituisce il mezzo di trasferimento di ioni tra l’anodo e il catodo, fungendo da isolante per gli elettroni.

(per maggiori approfondimenti su tali aspetti consultare il link: http://museo.liceofoscarini.it/virtuale/nelchemanodo.html)

Vantaggi, limiti ed applicazioni

Quindi, l’elemento chiave delle batterie Litio-Aria è, fondamentalmente, l’ossigeno. Esso, infatti, consente di immagazzinare molta più energia rispetto alle tecnologie concorrenti. Per tale ragione, le batterie Litio-Aria sono in grado di accumulare ed erogare, almeno in teoria, la medesima quantità di energia generata da motori a combustibile tradizionali, tuttavia sussiste una limitazione pratica ovvero la capacità di costipare ossigeno all’interno della batteria.
Quindi la reale capacità della batteria è direttamente proporzionale alla quantità di ossigeno che si riesce ad adoperare come catodo. Per tale motivo esse hanno bisogno di costante ricarica per ottimizzarne il rendimento. A fronte di tale limitazione si è dato grande impulso alla ricerca al fine di pervenire a soluzioni più efficienti.
Le reali potenzialità degli accumulatori al litio, nonostante accompagnate dalle limitazioni già espresse, li rendono un elemento molto ricorrente per soluzioni nano-tecnologiche e sistemi di energia alternativa.
Una delle soluzioni più ricorrenti è l’utilizzo di batterie al litio abbinate a sistemi off-grid. In pratica i sistemi off-grid sono impianti di produzione di energia pulita senza collegamenti a reti elettriche principali.
L’elevata efficienza di queste batterie permette di conservare energia elettrica, ad esempio fotovoltaica, per poi renderla disponibile nelle 24 ore. Questi sistemi sono molto adoperati su camper, mezzi navali e aerei (mezzi aerei solo prototipi) per alimentare sistemi di navigazione e telecomunicazioni.
Non mancano esempi di impianti (off-grid) domestici, in aree remote, che asserviti da sistemi energetici alternativi (come solari termici, fotovoltaici, eolici, etc) rendono le strutture totalmente indipendenti ed ad impatto ambientale zero.
(per maggiori approfondimenti su tali aspetti consultare il link: http://www.iflscience.com/technology/new-metal-air-battery-drives-car-1800km-without-recharge)

Nuove prospettive

Grandi novità e nuove prospettive arrivano dai risultati ottenuti da un team di ricercatori dell’Argonne National Laboratory (US Department of Energy). In pratica, è stato realizzato un innovativo processo chimico alternativo che consente di produrre un super ossido di litio migliorando resa e durata dell’accumulatore.
Lo studio è stato poi confermato da test mutuati dall’Università dell’Illinois di Chicago (UIC), dove l’ideazione di un nuovo tipo di spettrometro di massa confermato una maggiore capacità di tensione della batteria e un notevole incremento della velocità di ricarica.

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