Batterie al calcio per auto elettriche e accumulo, la ricerca la guidano ENEA e La Sapienza

Batterie al calcio per auto elettriche e accumulo, la ricerca la guidano ENEA e La Sapienza

Due eccellenze italiane guideranno la ricerca, finanziata anche dall'UE, per sviluppare batterie (per l'automotive elettrico e l'accumulo domestico) a base di calcio; nasce così il progetto ACTeA

di pubblicata il , alle 20:01 nel canale Batterie
 

Nonostante recentemente, entro i confini europei, siano stati scoperti importanti giacimenti di terre rare (in Svezia) e di fosfati (in Norvegia) l'Unione Europea mantiene, fra le proprie priorità, finanziare la ricerca per sviluppare batterie che utilizzino materiali comuni, quindi dal facile approvvigionamento e, di conseguenza, costo contenuto.

Fra le possibili strade, una è rappresentata dalle batterie al calcio e su questa tecnologia ENEA e l'Università La Sapienza di Roma hanno deciso di concentrare le proprie risorse, dando vita al progetto ACTeA (Accumulatori Ca-ione per una TEcnologia Alternativa al litio).

Batterie calcio-ione

Presentato dal Dipartimento di Chimica dell'Università Sapienza e da ENEA nell'ambito dell'Avviso pubblico "Progetti di Gruppi di Ricerca 2020" della Regione Lazio, il programma ha come scopo sviluppare un sistema di accumulo elettrochimico dell'energia basato sulla tecnologia calcio-ione, che sia completamente sostenibile e nel quale tutti i componenti non presentino criticità in termini di approvvigionamento, costo e pericolosità.

"La tecnologia calcio-ione è ancora ai primi stadi di sviluppo e l'obiettivo è quello di contribuire a una migliore comprensione del suo funzionamento anche se, in linea di principio, i processi elettrochimici che stanno alla base sono analoghi a quelli delle batterie litio-ione dove, però, il calcio sostituisce il litio nel ruolo di shuttle, ossia di portatore della carica elettrica", ha spiegato Laura Silvestri, ricercatrice ENEA.

"Questa strategia potrebbe declinare in modo innovativo e sostenibile lo scenario di una transizione da un paradigma tecnologico ad alto impatto ambientale (batterie litio-ione) ad uno nuovo più green (batterie calcio-ione). Inoltre, l'introduzione del calcio e dei materiali ad esso correlati nella catena del valore delle batterie aprirebbe un nuovo mercato per tutti i produttori di materie prime tradizionali quali il carbonato di calcio e l'ossido di calcio, ampiamente utilizzati in edilizia e nei pigmenti", ha aggiunto Giulia Monteleone, responsabile della Divisione ENEA di Produzione, storage e utilizzo dell'energia.

Secondo i due attori coinvolti nella ricerca, questa particolare tecnologia è molto promettente perché analoga a quella litio-ione attualmente in uso; i processi elettrochimici di inserzione/alligazione/conversione a base di calcio, inoltre, sono teoricamente in grado di fornire capacità volumetriche molto elevate. Infine, il calcio è oltre 2000 volte più abbondante in natura e disponibile a prezzi decine di volte inferiori rispetto al litio.

Come spiegato nella pagina ufficiale del progetto:

"Il calcio è un metallo alcalino terroso divalente con eccezionale potere ossidante alla luce del potenziale redox E°=-2.87 V vs SHE (standard hydrogen electrode) della coppia Ca2+/Ca, valore molto vicino al E°=-3.04 V Vs SHE della coppia Li+/Li. In confronto con altri metalli considerati nella letteratura recente per applicazioni in batterie innovative, il calcio è quello con il potenziale redox più negativo. Le sue dimensioni ioniche (raggio ionico) sono paragonabili allo ione sodio (114 pm e 116 pm per Ca2+ e Na+, rispettivamente), un catione facilmente de-inserito ed inserito reversibilmente da numerosissimi materiali. Le prestazioni teoriche degli elettrodi al calcio metallico, così come degli elettrodi ad intercalazione di ioni calcio raggiungono valori molto elevati paragonabili alle analoghe prestazioni del litio e dei materiali per celle litio-ione. Nel complesso considerazioni più generali relative all’abbondanza globale di minerali di calcio sulla crosta terrestre (41500 mg/Kg) e il costo delle commodity più comuni di questo elemento (e.g. 200-500 euro/mton ) suggeriscono che lo sviluppo di tecnologie di accumulo elettrochimiche basate sulla chimica Ca-ione sono molto promettenti se confrontate con i limiti intrinseci delle tecnologie Li-ione (minerali di litio sulla crosta terrestre 20 mg/Kg, costo delle commodity di litio 7000-8000 euro/mton )".

Nonostante le ottime premesse, però, questa strada è ancora largamente inesplorata e piena di incognite ed imprevisti.

Ciononostante, o forse proprio per questo, La Sapienza ed ENEA hanno stabilito un road map molto precisa e rigida, che punta ad avere le prime batterie a 24 mesi dall'inizio del progetto.

Batterie calcio-ione

5 Commenti
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Max Power27 Settembre 2023, 21:17 #1
...al calcio che daremo alla macchina...

AlPaBo27 Settembre 2023, 22:25 #2
Essendo meno ossidante del litio mi aspetto che sia meno efficiente rispetto al peso. Più che per le auto, mi sa che sia interessante per i sistemi di accumulo casalinghi e industriali.
demon7727 Settembre 2023, 22:42 #3
Originariamente inviato da: AlPaBo
Essendo meno ossidante del litio mi aspetto che sia meno efficiente rispetto al peso. Più che per le auto, mi sa che sia interessante per i sistemi di accumulo casalinghi e industriali.


Ce sarebbe già tanta roba.. avere un accumulo domestico dal costo contenuto e dal basso impatto ambientale sarebbe un progresso davvero notevole.
berson27 Settembre 2023, 22:42 #4
Originariamente inviato da: AlPaBo
Essendo meno ossidante del litio mi aspetto che sia meno efficiente rispetto al peso. Più che per le auto, mi sa che sia interessante per i sistemi di accumulo casalinghi e industriali.


Inutile fare previsioni, ci sono tante variabili ancora ignote da considerare. Anche se avesse gli svantaggi che dici te, basterebbe ad esempio che avesse il vantaggio di poter sopportare una ricarica superveloce per renderla preferibile a quelle attuali. Infatti credo chiunque preferirebbe un'autonomia di 200 km invece che 500 km se si potesse ricaricare in 1 minuto invece che in un'ora.
andbad28 Settembre 2023, 09:30 #5
Originariamente inviato da: berson
Inutile fare previsioni, ci sono tante variabili ancora ignote da considerare. Anche se avesse gli svantaggi che dici te, basterebbe ad esempio che avesse il vantaggio di poter sopportare una ricarica superveloce per renderla preferibile a quelle attuali. Infatti credo chiunque preferirebbe un'autonomia di 200 km invece che 500 km se si potesse ricaricare in 1 minuto invece che in un'ora.


Questo è il tipico ragionamento di chi usa il fossile.
Intanto partiamo da qualche dato: per fare 200km servono (valore ipotetico, perché dipende da tanti fattori) 40kWh. Per caricarli in un minuto servirebbe una potenza di 2400kW, ovvero 2,4MW.
A confronto il mezzo che carica più velocemente è il Tesla Semi, che arriva a 1MW. Questo è il cavo (considera che porta meno della metà di quanto servirebbe):
Link ad immagine (click per visualizzarla)

Tornado al presente, le colonnine HPC arrivano oggi a 300kW di picco, diciamo 250 reali: l'equivalente di 1250km in un ora, ovvero 24 minuti per i tuoi 500 chilometri.

Durante un viaggio di 1000km fermarsi mezz'ora non mi sembra un grosso problema. Al contrario con la tua futuristica batteria dovresti fermarti 5 volte perdendo 25 minuti (perché ogni volta, nella migliore delle ipotesi, devi fermarti all'autogrill, tirare fuori la tessera, passarla, collegare il cavo e rifare tutti i passaggi al contrario).

Chiaramente ho semplificato molto: la velocità di carica non è costante, è più facile piazzare 10 colonnine a 300kW piuttosto che 1 a 2,4MW (il che ha ricadute anche sulla maggiore eventualità che siano occupate o guaste, quindi indisponibili), ho dato per scontato che ogni autogrill abbia stazioni di ricarica, non ho considerato peso e ingombri, ecc...

Esperienza personale: ho una Leaf che fa 120km in autostrada e ricarica in 20 minuti, ma preferirei facesse 240 km e ricaricasse in 40.

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