Batteria auto elettrica: magnesio più sicuro e densità energetica maggiore rispetto al litio? Pubblicata una ricerca
Gli scienziati della Tokyo University of Science hanno scoperto la “composizione ottimale” per un catodo di batteria secondaria in magnesio, che si traduce in una maggior sicurezza e in un’impressionante densità energetica della batteria. Le basi dell’articolo scientifico, pubblicato sul Journal of Electroanalytical Chemistry, mostrano come gli scienziati hanno ristrutturato un composto di magnesio (Mg), sostituendo parte del vanadio (V) con manganese (Mn) e che questo ha portato a una struttura di spinello con un composizione notevolmente uniforme. Se ti piace la chimica, ti consigliamo di leggere la pubblicazione originale che abbiamo linkato sia a fondo articolo che qualche rigo più su. In questo articolo analizziamo un po’ i vantaggi di questa nuova possibile batteria per auto elettrica. La ristrutturazione del composto ha migliorato le proprietà di carica-scarica e, poiché il magnesio ha una densità energetica maggiore del litio, vale la pena tenerlo in considerazione come alternativa al litio stesso.
La carenza di litio ha contribuito all’aumento dei costi delle batterie e, mentre il litio è il 33° elemento più abbondante in natura, il magnesio è l’ottavo per quantità disponibile. Inoltre, gran parte dell’estrazione mondiale di litio è svolta dalla Cina, il che rende complicato l’approvvigionamento. Un altro fattore è che le batterie al litio sono pericolose se per caso dovessero essere bucate o in caso di alte temperature. Queste possibili preoccupazioni hanno spinto i ricercatori a cercare delle alternative per rendere le auto elettriche più sostenibili.
Comunemente, il magnesio non sembra particolarmente valido come sostituto poiché gli ioni Mg forniscono una finestra di bassa tensione e prestazioni cicliche inaffidabili, il che significa che le batterie prodotte utilizzando il magnesio così come lo troviamo in natura non rispondono bene alla carica e scarica regolare. Ma i benefici del magnesio, principalmente la sua sicurezza e abbondanza, hanno spronato i ricercatori e ora credono che un giorno potrebbe sostituire il litio nelle batterie.
Gli scienziati sono partiti da un composto Mg1.33V1.67O4 ma lo hanno modificato. Dopo aver sostituito una parte del vanadio con il manganese, i materiali catodici sintetizzati (con una formula di base rappresentata come Mg1.33V1.67-xMnxO4, dove x può variare da 0.1 a 0.4 a seconda del composto usato) hanno offerto un’elevata capacità teorica. Utilizzando la diffrazione e l’assorbimento dei raggi X, nonché l’analisi con microscopio elettronico a trasmissione, i ricercatori hanno valutato la composizione, la struttura cristallina, la distribuzione degli elettroni e le morfologie delle particelle dei composti. Ciò ha dimostrato che i nuovi composti hanno una composizione insolitamente uniforme, il che era affascinante.
I ricercatori hanno quindi condotto varie misurazioni elettrochimiche per valutare le prestazioni della batteria con diversi elettroliti prima di testare le risultanti proprietà di carica/scarica dei catodi a varie temperature, che sappiamo possono influenzare significativamente le prestazioni dei veicoli elettrici. Gli scienziati hanno notato un’elevata capacità di scarica per questi nuovi materiali catodici, in particolare per Mg1.33V1.57Mn0.1O4, osservando che la capacità di scarica variava a seconda di quanti cicli di carica-scarica subiva.
Il vicepresidente e professore Yasushi Idemoto, che ha guidato il gruppo di ricerca dell’Università delle scienze di Tokyo, spiega: “Sembra che la struttura cristallina particolarmente stabile insieme a una grande quantità di compensazione di carica da parte del vanadio porti alle proprietà di carica-scarica superiori che abbiamo osservato”, aggiungendo che i risultati del suo team “indicano che Mg1.33V1.57Mn0.1O4 potrebbe essere un buon materiale catodico candidato per le batterie ricaricabili al magnesio“.
In poche parole, questo particolare nuovo composto potrebbe rivelarsi un’alternativa più sicura, più economica e più efficiente al litio, ma non stappare ancora lo champagne. Il professore Idemoto afferma che sono necessarie delle ricerche ancora più approfondite, anche se spera che le batterie al magnesio possano superare le batterie agli ioni di litio grazie alla maggiore densità energetica delle prime. Gli scienziati hanno preso in considerazione numerose alternative allo standard del settore, tra cui alghe e rifiuti di frutti di mare, ma le future auto elettriche utilizzeranno mai queste soluzioni innovative o continueremo ad utilizzare il litio?