Negli ultimi anni, l’industria automobilistica ha assistito a una crescente domanda di veicoli elettrici, spinta dalla necessità di ridurre le emissioni di gas serra e dall’incremento delle preoccupazioni ambientali. Tuttavia, la produzione di batterie per auto elettriche si scontra con una serie di problemi legati all’utilizzo di metalli rari come il cobalto e il nichel, che presentano costi elevati e implicazioni ambientali e sociali non trascurabili. In questo contesto, un team di chimici del MIT ha sviluppato un nuovo materiale per batterie che potrebbe rappresentare una soluzione più sostenibile per alimentare i veicoli elettrici. La nuova batteria agli ioni di litio include un catodo basato su materiali organici, che potrebbe essere prodotto a un costo molto inferiore rispetto alle batterie contenenti cobalto.
Le alternative al cobalto
La maggior parte delle auto elettriche attualmente in circolazione è alimentata da batterie agli ioni di litio, le quali si ricaricano quando gli ioni di litio fluiscono da un elettrodo positivo, detto catodo, a uno negativo, chiamato anodo. Nella maggior parte di queste batterie, il catodo contiene cobalto, un metallo che offre alta stabilità e densità energetica. Tuttavia, il cobalto presenta notevoli svantaggi: è un metallo scarso, il cui prezzo può fluttuare drammaticamente, e gran parte dei depositi mondiali di cobalto si trovano in paesi politicamente instabili. L’estrazione del cobalto crea condizioni di lavoro pericolose e genera rifiuti tossici che contaminano terra, aria e acqua circostanti le miniere.
Un nuovo materiale per il catodo
Circa sei anni fa, il laboratorio di Dincă, finanziato da Lamborghini, ha iniziato a lavorare su un progetto per sviluppare una batteria organica che potesse essere utilizzata per alimentare auto elettriche. Durante il lavoro su materiali porosi che erano in parte organici e in parte inorganici, Dincă e i suoi studenti si sono resi conto che un materiale completamente organico da loro creato sembrava essere un forte conduttore. Questo materiale è costituito da numerosi strati di TAQ (bis-tetraaminobenzoquinone), una piccola molecola organica che contiene tre anelli esagonali fusi. Questi strati possono estendersi in ogni direzione, formando una struttura simile al grafite. All’interno delle molecole si trovano gruppi chimici chiamati chinoni, che sono i serbatoi di elettroni, e ammine, che aiutano il materiale a formare forti legami idrogeno.
Performance e sostenibilità
I test su questo materiale hanno mostrato che la sua conduttività e capacità di stoccaggio erano paragonabili a quelle delle tradizionali batterie contenenti cobalto. Inoltre, le batterie con un catodo TAQ possono essere caricate e scaricate più velocemente rispetto alle batterie esistenti, il che potrebbe accelerare il tasso di ricarica per i veicoli elettrici. Per stabilizzare il materiale organico e aumentare la sua capacità di aderire al collettore di corrente della batteria, che è fatto di rame o alluminio, i ricercatori hanno aggiunto materiali di riempimento come cellulosa e gomma. Questi riempitivi costituiscono meno di un decimo del composto complessivo del catodo, quindi non riducono significativamente la capacità di stoccaggio della batteria.
Costi di produzione ridotti
I materiali primari necessari per produrre questo tipo di catodo sono un precursore di chinone e un precursore di ammina, che sono già disponibili commercialmente e prodotti in grandi quantità come prodotti chimici di base. I ricercatori stimano che il costo del materiale per assemblare queste batterie organiche potrebbe essere circa un terzo o la metà del costo delle batterie al cobalto.
Prospettive future
Lamborghini ha acquisito la licenza sul brevetto della tecnologia. Il laboratorio di Dincă prevede di continuare a sviluppare materiali alternativi per batterie ed esplora la possibile sostituzione del litio con sodio o magnesio, che sono più economici e abbondanti del litio.
In conclusione, il nuovo materiale per batterie sviluppato dal MIT rappresenta un passo avanti significativo verso una mobilità elettrica più sostenibile e accessibile. Con prestazioni paragonabili a quelle delle batterie tradizionali e costi di produzione ridotti, questa innovazione potrebbe rivoluzionare il settore delle auto elettriche, rendendole più attraenti per i consumatori e contribuendo alla riduzione dell’impatto ambientale dell’industria automobilistica.
