La batteria protonica farà concorrenza al litio?

I ricercatori australiani dell’istituto tecnologico di Melbourne hanno sviluppato un piccolo prototipo ricaricabile che sfrutta i vantaggi di un dispositivo a stato solido con quelli di una pila a combustibile. Che cos’è, come funziona in sintesi e con quali prospettive.

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Stoccare energia in una batteria economica, efficiente, ecologica e senza ioni di litio: questa è la sfida tecnologica abbracciata da un gruppo di ricercatori del Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT), che ha realizzato un piccolissimo prototipo di una “proton battery”, batteria ricaricabile a protoni.

E’ forse superfluo ricordare  come, in un mondo sempre più orientato alla generazione di elettricità con fonti rinnovabili non programmabili, le soluzioni per accumulare energia siano centrali. Dai sistemi di accumulo domestico alle grandi installazioni per lo storage di rete, il dispositivo concepito dall’università australiana potrebbe avere numerose applicazioni a livello globale.

Tra cinque-dieci anni riuscirà a competere con le batterie al litio?

Vediamo intanto come funziona. In sintesi (qui l’estratto della ricerca pubblicata sull’International Journal of Hydrogen Energy), è una via di mezzo tra una batteria a stato solido e una cella a combustibile, nota anche con l’acronimo PEM (Proton exchange membrane, membrana a scambio protonico), quindi un ibrido “reversibile” che combina i vantaggi delle due tecnologie. Nella foto sotto vediamo il prototipo del RMIT, collegato a un voltmetro.

Nella fase di carica, l’energia elettrica è utilizzata per separare le molecole d’acqua in ossigeno e idrogeno (water splitting) con l’elettrolisi. Tuttavia, contrariamente a quanto avviene di solito – formazione d’idrogeno gassoso – in questo caso i protoni generati dal processo di elettrolisi vanno a legarsi direttamente all’elettrodo costituito da carboni attivi (activated-carbon electrode).

Nella fase di scarica-fornitura di elettricità, invece, l’elettrodo rilascia gli atomi d’idrogeno che si sono accumulati in precedenza.

Così i protoni riattraversano la membrana elettrolitica della pila a combustibile e vanno a combinarsi nuovamente con l’ossigeno dell’aria e con gli elettroni, che arrivano dal circuito elettrico esterno della pila, riformando acqua e generando energia.

L’obiettivo dei ricercatori, nei prossimi anni, è migliorare il rendimento complessivo della batteria protonica, aumentando la sua densità energetica, grazie all’impiego di nuovi materiali, come il grafene.

Il potenziale di questo dispositivo, evidenzia una nota dell’università australiana, è molto ampio, perché la proton battery offre alcuni vantaggi rispetto al litio, ad esempio l’esclusione di metalli rari e costosi dalla fabbricazione degli accumulatori.

L’impatto ambientale della batteria sarebbe notevolmente inferiore, perché si potrebbe rinunciare al complesso ciclo produttivo del litio, in particolare l’estrazione del metallo e la sua “purificazione” per consentirne l’uso nei sistemi di storage, con relativo dispendio di energia, ricordando infine le possibili fluttuazioni dei prezzi dell’oro bianco sui mercati mondiali. Vedi anche QualEnergia.it: Auto elettrica e storage, inizia l’economia litio-dipendente. Scenari e rischi

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