Le batterie allo zinco possono battere quelle al litio?
Tanti film sui pistoleri del West, sulle bande di gangster o sui campioni dello sport, hanno insegnato che quando sei al vertice è il momento in cui si fanno sotto gli sfidanti per prendere il tuo posto.
Lo stesso accade anche alle batterie, a quel che sembra: il boss indiscusso del settore, l’accumulatore agli ioni di litio, è ormai assediato da potenziali alternative, che fanno leva sui suoi punti deboli, dal pericolo di incendi alla scarsità delle materie prime che usa.
Differenti tecnologie provano così a insidiare il primato del litio, se non nel settore automobilistico, dove le sue prestazioni quanto a densità di energia per unità di peso e volume per ora restano ineguagliabili, almeno nel settore dell’accumulo domestico o di rete, dove peso e ingombro contano meno.
L’ultimo sfidante delle batterie al litio si chiama Faraday 2: è un prototipo in fase di sperimentazione presso varie abitazioni, realizzato dall’azienda britannica Superdielectrics, che è stato presentato come un’alternativa domestica più sicura, economica e sostenibile (si veda anche questo progetto svedese: Batterie agli ioni di zinco, dal laboratorio alla fabbrica in sette anni).
La Superdielectrics si è tenuta abbastanza abbottonata sulle caratteristiche tecniche del suo prodotto; quello che si sa è che Faraday 2 appartiene alla famiglia delle batterie che usano come composti reattivi zinco e un alogenuro (come bromo o iodio).
Batterie zinco-bromo sono già sul mercato, ma nella forma di batterie a flusso, dove i reagenti sono tenuti in serbatoi, da cui sono pompati nella camera di reazione.
Questa versione, invece, è simile nell’aspetto alle normali batterie domestiche, con reagenti, elettrolita, elettrodi e membrana di separazione, tutti all’interno di un unico contenitore.
I punti di forza vantati dalla Superdielectrics sono l’uso di un metallo comune come lo zinco, di elettrodi in semplice carbonio invece che in metalli rari come il cobalto, un elettrolita a base di acqua e non di sostanze organiche infiammabili e una membrana di separazione fatta dell’economica plastica con cui si realizzano le lenti a contatto usa e getta.
Anche se non si hanno dettagli di funzionamento della Faraday 2, probabilmente in fase di scarica lo zinco metallico contenuto nel catodo di carbonio cede due elettroni al circuito esterno, e questi vanno a trasformare all’anodo due atomi di bromo in ioni bromuro.
Gli ioni zinco positivi si sciolgono in acqua e passano la membrana, attratti da quelli bromuro negativi, mentre il bromo non la può attraversare in senso opposto, evitando così di reagire direttamente con lo zinco metallico. In fase di ricarica le reazioni elettrochimiche si invertono e lo zinco metallico si deposita nuovamente sul catodo.
Le scarne notizie tecniche fornite fanno capire i punti di forza di questa batteria: dovrebbe essere molto economica (anche se l’azienda non fornisce ancora indicazioni di prezzo), perché usa tutti componenti comuni e di basso costo, dovrebbe essere molto sostenibile, perché facilmente riciclabile e dovrebbe essere molto sicura, perché l’elettrolita acquoso non può prendere fuoco, a differenza di quello organico delle batterie al litio. Quest’ultimo, a causa della tendenza a surriscaldarsi di quegli accumulatori, si è già reso protagonista di diversi incendi.
Inoltre l’azienda aggiunge fra i vantaggi il fatto che la sua batteria ha una vita “probabilmente” più lunga degli accumulatori al litio e si ricarica completamente in appena 30 minuti, cosa che non sembra però così importante nel caso degli accumuli fissi.
Ciò che invece sembra essere un notevole punto negativo è la densità di carica: 40 Wh/kg, ancora lontani dai 150-250 Wh/kg delle batterie al litio. Vero che questa caratteristica è meno importante nel caso degli accumuli domestici, però vuole anche dire che per una batteria da 10 kWh, con la Faraday 2 bisogna mettere in conto di ospitare un dispositivo grande come un frigorifero che pesa sui 300 kg, contro i 100 chili circa di una batteria al litio, di dimensioni paragonabili a una caldaia a gas.
Alla Superdielectrics giurano che i miglioramenti delle Faraday continueranno in futuro, tendendo ad avvicinarsi alla capacità teorica delle batterie zinco-alogenuri, che è superiore a quella degli attuali accumulatori al litio.
Nel frattempo, però, c’è da dire che il mercato dell’accumulo domestico offre già alternative che sfidano il litio con caratteristiche migliori delle Faraday 2: per esempio quelle al sodio, prodotte in Italia, che sono altrettanto sicure e sostenibili, ma hanno già una densità di carica molto maggiore, circa 120 Wh/kg.
Vedremo le caratteristiche della prima batteria commerciale Faraday, prevista per il 2027, ma probabilmente il suo punto di forza, più che grandi performance di densità di accumulo, sarà offrire accumuli a prezzi particolarmente competitivi, non solo per le abitazioni ma anche per la rete.
In fondo è l’idea dietro alle pesanti batterie al ferro-aria di Form Energy: puntando su un elemento persino più economico e comune dello zinco, l’azienda vuole offrire un sistema a prezzi stracciati per l’accumulo su ampia scala di lunga durata.
Che sia l’economicità il punto di forza dell’offerta della Superdielectrics lo pensa anche Sam Cooper, ingegnere dei materiali dell’Imperial College di Londra. A proposito del progetto delle Faraday, ha dichiarato a New Scientist: “Se riuscissero a costruire un sistema con la stessa capacità di accumulo di un Tesla Powerwall , cioè circa 15 kWh, sarebbe probabilmente molto grosso e pesante, ma se davvero costasse il 95% in meno di quello, sarebbe comunque una svolta clamorosa nel campo degli accumuli”.
