Batterie a zinco-aria, già in produzione il prossimo anno?

Come abbiamo avuto modo di discorrere in più occasioni, la ricerca di nuove tecnologie di produzione di batterie è un campo di attività particolarmente vivace. Spesso però si tratta di tecnologie che restano ferme alla fase di prototipo concettuale o, al più, approdano alla fase di prototipo senza trovare la strada per la produzione vera e propria. La tecnologia di cui parleremo oggi, attualmente in fase di sviluppo, potrebbe però trovare lo sbocco commerciale nel corso del prossimo anno.

Si tratta di batterie a zinco-aria che, sulla carta, dovrebbero permettere di conservare una maggiore quantità di carica rispetto alle tradizionali batterie agli ioni di litio e, al contempo, avere costi di produzione inferiori, oltre ad una maggiore sicurezza in fase di utilizzo. A titolo di riferimento una batteria zinco-aria sarebbe in grado di stoccare il triplo della carica di una batteria agli ioni di litio e costare la metà.

Questa tecnologia è stata sviluppata dall'azienda Norvegse SINTEF, mentre una realtà svizzera appositamente istituita, ReVolt, si occuperà di gestirne la commercializzazione. Inizialmente la nuova tecnologia verrà impiegata per realizzare batterie di piccole dimensioni che vadano ad equipaggiare dispositivi acustici per utenti con deficit uditivo. In un secondo tempo si avvierà la produzione di batterie in form factor di dimensioni maggiori, per telefoni cellulari ed apparecchi elettronici in genere, e più avanti ancora vi sarà la possibilità di utilizzare queste batterie per dare energia ai veicoli elettrici.

Il principio di funzionamento è piuttosto particolare: l'ossigeno presente nell'aria e lo zinco all'interno della batteria fungono da elettrodi. La batteria è realizzata con un particolare contenitore poroso in grado di poter essere attraversato dall'aria. In questo modo non vi è la presenza, all'interno della batteria, di sostanze volatili all'interno che potrebbero infiammarsi e pertanto la batteria risulta essere più sicura rispetto alle batterie agli ioni di litio.

Nella fase di scarica, ovvero quando la batteria eroga energia, l'elettrodo "d'aria", grazie all'aiuto di appositi catalizzatori, produce ioni idrossido nell'elettrolita acquoso. Gli ioni idrossido causano l'ossidazione dell'elettrodo di zinco, con una reazione che libera elettroni che danno luogo così ad una corrente elettrica. Nella fase di ricarica avviene il processo inverso che vede la liberazione di ossigeno nell'elettrodo d'aria.

La sfida principale che i ricercatori hanno dovuto gestire è evitare che il rallentamento o il blocco della reazione causi la deattivazione dell'elettrolita, evento che nella prima generazione di queste batterie si è verificato dopo pochi cicli di carica/scarica causando inoltre un complessivo degrado delle funzioni e delle prestazioni della batteria. La nuova batteria utilizza particolari agenti gellificanti e leganti per controllare la forma dell'elettrodo di zinco e l'umidità all'interno della batteria. La fase di test del nuovo catalizzatore ha dimostrato un miglior comportamento durante le reazioni di ossidazione durante i cicli di carica/scarica.

Attualmente il prototipo di batteria zinco-aria è in grado di sostenere fino a 100 cicli carica scarica. ReVolt sta lavorando per incrementare il numero di cicli sostenibili fino a 300-500, un risultato che consentirà di realizzare batterie per telefoni cellulari e per dispositivi che necessitano di essere ricaricati frequentemente. Come già detto, inoltre, la batteria zinco-aria alla quale sta lavorando ReVolt sarà in futuro destinata anche all'impiego in veicoli elettrici. Prima di poter arrivare a quel punto, tuttavia, sarà necessario che le batterie possano resistere per almeno 10 mila cicli di carica.