La Batteria Ricaricabile Fallita di Thomas Edison Potrebbe Avere una Seconda Vita

Stati Uniti - Agenzia stampa Ekhbary

La Batteria Ricaricabile Fallita di Thomas Edison Potrebbe Avere una Seconda Vita

In uno sviluppo che potrebbe riscrivere capitoli della storia dell'accumulo elettrico, un team di ricercatori dell'Università della California, Los Angeles (UCLA) ha sviluppato con successo un prototipo di batteria al nichel-ferro che richiama i principi pionieristici stabiliti dal celebre inventore Thomas Edison. Mentre la visione originale di Edison per questa tecnologia all'inizio del XX secolo era quella di alimentare le automobili elettriche, i ricercatori contemporanei ora credono che i suoi concetti fondamentali siano molto più adatti per applicazioni di accumulo di energia rinnovabile, come impianti solari ed eolici.

Lo studio, recentemente pubblicato sulla rivista scientifica 'Small', descrive un innovativo prototipo di batteria in grado di ricaricarsi in pochi secondi e di resistere a oltre 12.000 cicli di carica-scarica. Questa notevole durata equivale a circa 30 anni di uso quotidiano intensivo, suggerendo una durata di vita eccezionalmente lunga per questa tecnologia reinventata. Questo successo riflette una comprensione più profonda di come sfruttare i principi chimici a livello nanometrico per ottenere prestazioni superiori.

Il concetto di alimentazione elettrica ricaricabile non era del tutto nuovo all'epoca di Edison. Nel 1900, le auto ibride elettriche superavano in numero i veicoli a benzina sulle strade degli Stati Uniti. Nel 1901, Edison brevettò con successo una batteria automobilistica al piombo-acido funzionante che quasi avviò il XX secolo su un percorso radicalmente diverso. Tuttavia, le batterie di Edison affrontarono ostacoli significativi, tra cui costi elevati e un'autonomia limitata a soli 30 miglia, perdendo infine contro il motore a combustione interna prima che Edison potesse realizzare appieno la sua visione di un successore di successo della batteria al nichel-ferro.

Oggi, l'energia rinnovabile è diventata una pietra angolare del mix energetico globale, dopo oltre un secolo di continue innovazioni e alla luce della crescente consapevolezza delle gravi conseguenze dei combustibili fossili. Mentre la maggior parte delle persone oggi ha familiarità con le batterie ricaricabili agli ioni di litio, il concetto di nichel-ferro di Edison non è completamente svanito. Gli ingegneri della UCLA riconoscono che, sebbene questa tecnologia potrebbe non essere direttamente adatta per applicazioni di trasporto, mostra un'enorme promessa per l'uso in infrastrutture energetiche, come parchi solari e impianti di accumulo di energia su larga scala.

Il Dr. Maher El-Kady, coautore dello studio, spiega che i principi sottostanti di questa tecnologia, nonostante si basino su legami a livello atomico e ingegneria nanometrica, sono sorprendentemente facili da afferrare. "Le persone spesso pensano che gli strumenti di nanotecnologia moderni siano complicati e high-tech, ma il nostro approccio è sorprendentemente semplice e diretto", ha dichiarato in un recente profilo della UCLA.

Il team di El-Kady ha tratto ispirazione da due fonti principali: la chimica fondamentale e l'anatomia scheletrica. La formazione delle ossa dei vertebrati e dei gusci, ad esempio, comporta l'utilizzo di proteine specifiche come struttura per la costruzione di composti a base di calcio. "La deposizione di minerali nel modo corretto costruisce ossa robuste, ma abbastanza flessibili da non essere fragili. Il modo in cui viene fatto è quasi importante quanto il materiale utilizzato, e le proteine guidano il loro posizionamento", spiega il Dr. Ric Kaner, uno scienziato dei materiali e coautore dello studio.

El-Kady e Kaner hanno esplorato la possibilità di adattare questo sistema biologico sostituendo il calcio con nichel e ferro. Per il componente proteico, hanno utilizzato sottoprodotti della lavorazione della carne bovina, impregnandoli di ossido di grafene, un foglio di carbonio e ossigeno spesso un singolo atomo. Alla fine, sono riusciti a coltivare una struttura proteica piegata, riempita di atomi di nichel carichi positivamente e atomi di ferro carichi negativamente. Queste strutture, larghe meno di cinque nanometri, richiederebbero da 10.000 a 20.000 cluster per raggiungere la larghezza di un capello umano.

Gli atomi di ossigeno dell'ossido di grafene agiscono tipicamente come isolanti, il che potrebbe ostacolare l'efficienza della batteria. Tuttavia, il team ha trovato una soluzione. Posizionando la loro creazione in acqua surriscaldata, le alte temperature hanno trasformato le proteine in carbonio eliminando tutto l'ossigeno. Contemporaneamente, questi cluster metallici sono stati ulteriormente incorporati nelle strutture. Il risultato è stato un aerogel composto per quasi il 99% da aria in volume. Da qui, entrano in gioco le sorprendenti dinamiche della superficie.

"Quando passiamo da particelle più grandi a questi minuscoli nanocluster, l'area superficiale aumenta notevolmente. Questo è un enorme vantaggio per le batterie", ha spiegato El-Kady. "Quando le particelle sono così piccole, quasi ogni singolo atomo può partecipare alla reazione. Quindi, la carica e la scarica avvengono molto più velocemente, si può immagazzinare più carica e l'intera batteria funziona in modo più efficiente."

Sebbene la batteria aerogel al nichel-ferro di El-Kady attualmente non disponga della capacità di accumulo delle alternative agli ioni di litio, rendendola inadatta per i veicoli elettrici, il suo significato va oltre un semplice esperimento chimico. La rapida carica, la longevità e l'elevata potenza della batteria al nichel-ferro suggeriscono che potrebbe funzionare bene nei parchi solari. La batteria potrebbe immagazzinare facilmente e rapidamente l'elettricità in eccesso durante il giorno, per poi trasferire tale energia alla rete durante la notte. Ci sono anche scenari in cui potrebbe aiutare a fornire alimentazione di backup ai data center ad alto consumo energetico.

Sebbene la rinascita delle batterie al nichel-ferro di Edison sia ancora nelle sue fasi iniziali, la scienza e le competenze ingegneristiche sono presenti. Inoltre, aggira completamente la dipendenza dai metalli delle terre rare tipica delle batterie agli ioni di litio.

"Stiamo semplicemente mescolando ingredienti comuni, applicando passaggi di riscaldamento delicati e utilizzando materie prime ampiamente disponibili", ha concluso El-Kady. Queste dichiarazioni aprono le porte a un futuro promettente per l'accumulo di energia, in cui le innovazioni ispirate dal passato svolgono un ruolo cruciale nell'affrontare le sfide presenti e future.

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