A caccia di Li-ioni. Nuove sfide e materiali nanotecnologici per batterie e supercapacitori

A cura di: OSSERVATORIO ALLESTIMENTI in collaborazione con CNR - Consiglio Nazionale delle Ricerche, Bologna.

Nel mondo di domani, immagazzinare energia sarà importante quanto generarla. Siamo già migliori della Natura nel generare energia solare (l'efficienza è solo del 3-6% per la fotosintesi naturale, raggiungendo il 47% per i migliori pannelli solari). Ciò che manca è un modo efficiente ed economico per distribuire e immagazzinare questa energia. Le piante possono immagazzinare energia direttamente in molecole stabili come gli zuccheri. Con milioni  di anni di tempo, le piante diventano combustibili fossili come petrolio e carbonio, altamente stabili e con un'alta densità energetica. Bruciare tali combustibili fossili è il modo più semplice che stiamo usando per produrre energia, ma sta distruggendo il nostro clima a causa delle emissioni di CO2. La migliore tecnologia che abbiamo al momento si basa su batterie o condensatori, che accumulano energia inserendo piccoli ioni come il litio in materiali stratificati, come ad esempio la grafite. Oggi le batterie agli ioni di litio sono costose e non immagazzinano energia per lunghi periodi. Inoltre, il litio non è materiale abbondante, con miniere di litio concentrate in pochi paesi, e si discute se l'attuale produzione di litio possa sostenere la massiccia elettrificazione delle auto e delle reti energetiche necessarie per ridurre le emissioni di CO2. Pertanto, il nostro futuro dipenderà da come possiamo addomesticare piccoli ioni come litio, sodio ecc. E catturarli a volontà per immagazzinare energia a basso costo e alta densità. Per risolvere questo problema, dovremo controllare la composizione degli elettrodi delle batterie a livello atomico, sviluppando nuove soluzioni per immagazzinare meglio gli ioni di litio, o anche utilizzando altre alternative più abbondanti. Un controllo così elevato della materia può essere raggiunto utilizzando la nanotecnologia. In questo workshop vedremo come gli scienziati stanno sviluppando nuove soluzioni per migliorare la densità di energia e la densità di potenza dei dispositivi reali, utilizzando sodio economico invece di litio per le batterie, o anche con batterie che utilizzano ossigeno nell'aria per immagazzinare energia. Alcune di queste soluzioni sono più mature, altre sono ancora idee visionarie che richiedono molti più studi, ma tutte potrebbero aiutare a risolvere la nostra attuale crisi energetica e creare una società tecnologica più sostenibile.

RELATORE: Dott. Vincenzo PALERMO Direttore dell'Istituto di Sintesi Organica e Fotoreattività CNR - Consiglio Nazionale delle Ricerche, Bologna. Dal 2021 ad oggi Professore affiliato della Chalmers University of Technology, Goteborg. Dal 2017 al 2021 vicedirettore e leader delle attività di divulgazione della Graphene Flagship, uno dei più ambiziosi progetti di innovazione  lanciato dalla Commissione Europea.