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Dietro ogni colonnina, ogni impianto fotovoltaico, ogni sistema di accumulo domestico o industriale c'è un problema concreto: come immagazzinare grandi quantità di energia in modo economico, sicuro e duraturo? La caccia alla soluzione è ciò che anima il settore da sempre ed è qui che potrebbe entrare in gioco una tecnologia su cui la ricerca internazionale sta puntando con crescente interesse: le batterie a flusso di ferro.
Partiamo da un punto fermo: le batterie agli ioni di litio continueranno a equipaggiare moto elettriche, scooter e auto nei prossimi anni. Sono tutto sommato leggere, dense di energia e in continuo miglioramento. Perlomeno in attesa che si diffondano quello allo "stato solido". Il problema però è che il litio è un materiale costoso, estratto in pochi Paesi del mondo con processi non sempre sostenibili e gestire un intero sistema energetico globale basandosi solo su di lui già da tempo appare come poco lungimirante e non così "green".
Per i grandi impianti di accumulo stazionario — quelli che servono a bilanciare la rete elettrica, a stoccare l'energia prodotta da solare ed eolico e rilasciarla quando serve — peso e dimensioni contano poco. Contano invece costo, durata e sicurezza. E su questi tre fronti, le alternative al litio esistono.
Qui entra in gioco una tecnologia completamente diversa rispetto alle celle tradizionali, quella delle batterie a flusso. Qui l'energia non è immagazzinata in elettrodi solidi, ma in elettroliti liquidi contenuti in serbatoi esterni. I liquidi circolano attraverso una cella elettrochimica dove avvengono le reazioni di carica e scarica. Il vantaggio principale è la scalabilità: basta aumentare la dimensione dei serbatoi per aumentare la capacità, senza toccare la cella.
Il risultato è una tecnologia con caratteristiche precise: durata elevatissima, degrado minimo nel tempo e rischio di incendio praticamente nullo, grazie all'uso di elettroliti acquosi non infiammabili. Il limite è altrettanto chiaro: densità energetica bassa, impianti ingombranti, adatti solo all'accumulo fisso. Smartphone, auto e moto non sono nel loro futuro.
Tra le batterie a flusso, le più diffuse oggi usano il vanadio come materiale attivo. Ma il vanadio è raro e costoso. Il ferro, al contrario, è uno dei metalli più abbondanti sulla Terra e soprattutto uno dei più economici. Il problema finora era la sua stabilità: l'elettrolita tendeva a degradarsi o a generare instabilità sul lato negativo della cella, rendendo queste batterie poco affidabili nel lungo periodo. Questo però fino ad oggi.
Un team dell'Istituto di Ricerca sui Metalli dell'Accademia Cinese delle Scienze ha affrontato il problema intervenendo sulla struttura molecolare dell'elettrolita negativo, sintetizzando 11 complessi del ferro a partire da 12 ligandi organici e individuando il candidato più stabile. I risultati sono stati pubblicati su Advanced Energy Materials, una delle riviste scientifiche più autorevoli nel settore dell'accumulo energetico.
I numeri dei test di laboratorio sono notevoli: il prototipo ha mantenuto piena stabilità per 6.000 cicli, equivalenti a oltre 16 anni di utilizzo quotidiano senza perdita di capacità. Durante le prove il sistema non ha prodotto sedimenti o sottoprodotti dannosi, raggiungendo un'efficienza coulombica del 99,4%. Anche sotto stress, con richieste di potenza elevate, la batteria a flusso di ferro ha conservato un'efficienza energetica del 78,5%.
La risposta breve è no, almeno non nelle moto, non nelle auto. La risposta lunga però è più interessante. Il quadro che emerge dalla ricerca è quello di un sistema energetico futuro in cui tecnologie diverse convivono - come già si sostiene da diverso tempo a dire il vero - ciascuna ottimizzata per il suo campo d'applicazione: litio per la mobilità, flusso di ferro per la rete. Una specializzazione dei materiali e delle tecnologie potremmo dire.
E qui sta il legame con il mondo delle due ruote elettriche. Una rete elettrica più stabile, alimentata da sistemi di accumulo economici e duraturi come le batterie a flusso di ferro, può significare colonnine di ricarica più diffuse, costi dell'energia più contenuti e un'infrastruttura più solida per supportare la crescita della mobilità elettrica. Non è la batteria che monterete nel vostro scooter ma quella che caricherà la rete da cui dipende il vostro scooter.
La ricerca cinese non chiude la partita con il litio, ma dimostra che i problemi storici del flusso di ferro possono essere superati con un approccio sistematico alla chimica degli elettroliti e questo è uno sviluppo interessante. Il prossimo passo sarà il passaggio dalla scala di laboratorio a quella industriale e lì si vedrà se i numeri reggono davvero.
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