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Introduzione di Maira Alcantara

L’innovazione non finisce mai di stupire. Il mondo degli accumulatori di corrente è in continua evoluzione. Per anni le batterie d’accumulo per il fotovoltaico ad esempio ma anche per le autovetture elettriche, sono state sempre migliorate sino ad arrivare agli ioni di litio con i vantaggi e gli svantaggi di questi accumulatori. Una svolta l’abbiamo vista proprio in questi ultimissimi periodi punto con la comparsa delle innovative batterie al sale. La tecnologia è rapidissima e avanza ogni giorno di più. Penso che l’evoluzione tecnologica a livello elettronico non sia mai stata tanto rapida. Un tempo i cambiamenti avvenivano dopo anni, tuttavia spesso si trattava di migliorie applicate al prodotto ma non di cambiamenti radicali. Oggi un anno è paragonabile a qualche decennio di allora. Il tempo corre rapidissimo come pure la scienza ma in modo particolare la tecnologia. Il perfezionamento a livello informatico ha portato verso una rapidità di cambiamenti in cui la mente umana spesso fatica ad adeguarsi.

Questo sistema è stato allargato a tutti i settori lavorativi e tecnologici con una maggior attenzione a quei settori in cui l’innovazione è ancor più rapida, uno di questi il settore delle batterie. Qualora fossero scoperte batterie in grado di essere leggere, sicure, rapide nella carica e in grado di offrire migliaia di cicli di ricarica senza esaurire il proprio potenziale, saremmo a mia opinione di fronte ad una svolta epocale. Oggi la tecnologia nel campo dell’elettrico è ai massimi livelli e avanza sempre più, tuttavia uno dei nodi che da un lato frena l’espansione di questo settore, sono gli accumulatori di corrente. Si tenga presente che un pianale di accumulatori inserito in una vettura elettrica ha un certo peso e la durata avviene in un range che va dagli 8 ai 10 anni. Il costo per il cambio di batterie è ancora molto alto. Prendiamo come esempio una Tesla, una delle autovetture elettriche più innovative e richieste in questa nicchia di mercato.

Il peso delle batterie di accumulo nell’automotive

Il peso di un pianale batteria Tesla varia in base al modello e alla capacità, oscillando tipicamente tra 450 kg e 545 kg per i modelli attuali. 

• Tesla Model 3 (Long Range): Il pacco batteria da circa 75-80 kWh pesa intorno ai 478-480 kg. 
• Tesla Model Y: Il pacco da circa 80 kWh si colloca tra i 450 kg e i 500 kg (alcune fonti indicano un peso totale del veicolo che include la carrozzeria più pesante, ma il pacco rimane in questa fascia). 
• Tesla Model S (100 kWh): Il pacco batteria più grande pesa circa 544-545 kg. 
• Tesla Model X: Il peso della batteria è stimato intorno alle 1.183 libbre, equivalenti a circa 536 kg. 

In generale, il rapporto tra peso e capacità per i modelli Tesla si attesta intorno ai 5-6 kg per kWh, con le celle più recenti (come la 4680) che offrono una migliore densità energetica rispetto alle versioni precedenti (18650 o 2170). Il peso totale include non solo le celle, ma anche l’involucro, i tubi di raffreddamento e i sistemi di gestione, che aggiungono diversi chili al peso netto delle celle stesse.

Gli obbiettivi della ricerca

Dopo questi dati è normale comprendere quanta energia venga rubata dal peso delle batterie. La vettura elettrica percorrerà meno strada bruciando energia necessaria al traino del pesante pianale batterie. Va da se pensare che se qualora le batterie divenissero significativamente alleggerite la vettura avrebbe la possibilità di guadagnare una maggiore autonomia avvantaggiando questo tipo di mercato. Se gli accumulatori avessero anche il vantaggio di accumulare più corrente e la ricarica riuscisse ad essere rapida, allora il gioco sarebbe fatto.

Anche il mercato del fotovoltaico sarebbe avvantaggiato qualora le batterie avessero un prezzo inferiore e fossero in grado di accumulare più energia. In questo caso il peso non è uno svantaggio essendo gli accumulatori fissi e posizionati a terra. Le nuove ricerche in merito agli accumulatori di energia elettrica, si basano sulla ricerca di batterie più piccole, leggere, durevoli, a carica rapidissima, a costi inferiori, poco impatto ambientale nello smaltimento, che siano in grado di accumulare più corrente in modo da garantire corrente elettrica per più ore. Già con le batterie al sale più sicure e in grado di offrire più cicli di ricarica hanno portato a un significativo vantaggio, tuttavia la tecnologia prosegue la ricerca nel tentativo di trovare accumulatori ancora più vantaggiosi.

Nelle prossime righe metteremo a confronto le attuali tipologie di batterie, dalle più vecchie e sperimentate a quelle più moderne ed evolute.

Batterie al Litio vs Batterie al sale

Le batterie al litio e le batterie al sodio (o “al sale”) sono due tecnologie sempre più diffuse, ma con caratteristiche molto diverse. Ecco un confronto chiaro tra vantaggi e svantaggi

Batterie al litio (Li-ion): vantaggi

• Alta densità energetica: molta energia in poco spazio (ideali per smartphone, laptop, auto elettriche)
• Leggere: perfette per dispositivi portatili
• Alta efficienza: poca energia persa durante carica/scarica
• Tecnologia matura: già ampiamente diffusa e ottimizzata

Svantaggi:

• Costo relativamente alto: legato a materiali come litio, cobalto, nichel
• Rischio di surriscaldamento/incendio: se danneggiate o difettose
• Impatto ambientale: estrazione delle materie prime
• Prestazioni peggiori a basse temperature

Batterie al sodio (Na-ion / “al sale”)

Vantaggi:

• Materie prime abbondanti ed economiche: il sodio è molto più diffuso del litio
• Più sostenibili: minore impatto ambientale
• Maggiore sicurezza: meno rischio di incendio
• Buone prestazioni a basse temperature
• Costi potenzialmente più bassi (in futuro)

Svantaggi

• Densità energetica più bassa: più grandi e pesanti a parità di energia
• Tecnologia ancora in sviluppo: meno diffusa, meno ottimizzata
• Durata e cicli di vita ancora inferiori (in alcuni casi)
• Meno adatte a dispositivi compatti o auto a lunga autonomia

Confronto rapido

In sintesi

• Litio: Questo genere di accumulatore offre dei vantaggi. Questo prodotto è migliore per prestazioni e compattezza (smartphone, auto elettriche)
• Sodio:  promettente per accumulo energetico e applicazioni economiche (reti elettriche, storage domestico)

Le batterie al TOFU

Dopo la messa a confronto delle principali tipologie dei batterie agli ioni di Litio e le nuovissime batterie al sodio o al sale, nelle prossime righe da un articolo della giornalista del settore economia e tecnologia Teresa Monaco cercheremo di capire le innovative batterie al TOFU. Non è uno scherzo, gli scienziati cinesi che a livello di tecnologia sono oggi avanzatissimi, hanno scoperto che dagli scarti industriali della produzione di TOFU è possibile realizzare un accumulatore, una batteria in possesso di una grande efficienza che offre fra l’altro immensi vantaggi nel campo dell’elettronica e dell’accumulo di corrente.

Talvolta dai casi più insperati nascono scoperte davvero interessanti quindi, vi presentiamo le batterie al TOFU.

La batteria al tofu entra nel dibattito su energia, sostenibilità e costi industriali

Di Teresa Monaco

La salamoia del tofu, finora considerata un residuo di lavorazione, entra nel dibattito sulle tecnologie energetiche con un prototipo che promette di spostare il baricentro del settore delle batterie. Un gruppo di ricercatori della City University di Hong Kong e della Southern University of Science and Technology ha presentato un sistema acquoso ecologico capace di reggere 120.000 cicli di carica, pari a circa 300 anni su uno smartphone ricaricato ogni giorno. Il dato non riguarda soltanto la durata: mette in discussione costi ambientali, sicurezza industriale e limiti strutturali delle soluzioni oggi dominate dagli ioni di litio, in una fase in cui il peso del mercato energetico incide sempre più sulle scelte industriali e tecnologiche.

La svolta dei materiali

Il punto di partenza è l’elettrolita, cioè la sostanza che consente il passaggio degli ioni tra anodo e catodo. Nella ricerca citata da Repubblica, gli studiosi hanno sostituito acidi e basi tradizionali con sali neutri di magnesio e calcio, gli stessi minerali che emergono dalle analisi della salamoia prodotta durante la lavorazione del tofu. Il mantenimento di un pH neutro, pari a 7,0, riduce i rischi di corrosione interna e limita le criticità ambientali legate allo smaltimento, un punto sensibile per l’intera filiera delle batterie e per l’evoluzione del mercato libero dell’energia, dove sostenibilità e gestione dei costi stanno diventando criteri sempre più rilevanti.

• Per il polo negativo non vengono usati i classici metalli, ma un composto ingegnerizzato basato su polimeri organici covalenti, descritto come altamente conduttivo.
• Per il catodo, invece, è stato scelto un analogo del blu di Prussia, materiale già noto in altri impieghi industriali.
• Nei test di laboratorio il sistema ha mostrato una capacità di circa 112,8 mAh/g, indicata come superiore a quella di molti smartphone.
• Questo risultato rafforza l’idea che la novità non sia soltanto ecologica ma anche funzionale.

Le ricadute industriali

Il primo effetto pratico riguarda la sicurezza. Le batterie acquose sono già considerate meno esposte a rischi di incendio rispetto a molte soluzioni convenzionali, ma in questo caso la neutralità chimica aggiunge un ulteriore elemento di stabilità. La possibilità di impiegare componenti non tossici e più semplici da gestire nella fase finale del ciclo di vita risponde a una pressione crescente su produttori, autorità regolatorie e sistemi di raccolta dei rifiuti tecnologici. In un mercato che moltiplica dispositivi, accumulatori e scarti elettronici, la questione dello smaltimento è ormai un tema economico oltre che ambientale, come avviene anche per il costo dell’energia elettrica lungo tutta la catena produttiva.

C’è poi il tema della durata, che modifica la prospettiva d’uso. Se una batteria sperimentale arriva davvero a 120.000 cicli, l’impatto potenziale non si misura solo in anni di funzionamento, ma anche nella riduzione dei ricambi, della manutenzione e del fabbisogno di materie prime. Questo non significa che il litio sia vicino al tramonto, perché tra laboratorio e produzione di massa resta una distanza ampia. Significa però che il settore vede aprirsi una linea di sviluppo con implicazioni dirette su costi industriali, dipendenza dalle catene di fornitura e standard di sostenibilità richiesti ai produttori di elettronica di consumo, a partire dai grandi fornitori di energia elettrica coinvolti nella trasformazione del sistema.

Le prospettive di mercato

La vera prova sarà la scalabilità. Secondo quanto riportato nell’articolo, il principale limite attuale non è la stabilità del sistema ma la capacità di aumentare l’energia immagazzinata nello spazio disponibile e di incrementare la produzione dei polimeri organici necessari. È un passaggio decisivo: molte tecnologie mostrano risultati promettenti in laboratorio, ma rallentano quando devono entrare in processi industriali continui, con standard di qualità costanti e prezzi compatibili con il mercato globale dell’elettronica e con la crescente attenzione verso le offerte luce e gas in un contesto di consumi sotto pressione.

Per questo la batteria al tofu va letta come un segnale strategico più che come un prodotto imminente. Indica che la transizione energetica non dipende soltanto da nuove miniere o da un perfezionamento del litio, ma anche dalla capacità di ripensare materiali, residui produttivi e sicurezza ambientale. Repubblica ricorda che servirà tempo prima di vedere un’applicazione commerciale, ma il messaggio è già rilevante: una parte dell’innovazione può arrivare da filiere inattese, persino da uno scarto alimentare trasformato in infrastruttura energetica.

Fonte:   https://www.papernest.it/news/batteria-tofu-sfida-litio-energia-pulita/

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