Nobel Chimica 2019 a Goodenough, Whittingham e Yoshino


Nobel  Chimica 2019 a Goodenough, Whittingham e Yoshino: storia, segreti e futuro delle batterie al litio

John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham e Akira Yoshino hanno vinto il Nobel per la Chimica 2019 per lo sviluppo di batterie agli ioni di litio. Le batterie agli ioni di litio hanno rivoluzionato la nostra vita e sono utilizzate per tutto, dai telefoni cellulari ai laptop, ai veicoli elettrici. Attraverso il loro lavoro, i vincitori hanno gettato le basi per una societ senza fili e senza combustibili fossili ricorda l’Accademia reale svedese delle scienze nelle motivazioni.
Ma che cosa sono le batterie al litio, quali problemi ha permesso di superare questa tecnologia e quali sfide deve affrontare per il futuro?

Mentre digitate il centoduesimo messaggio di WhatsApp della vostra giornata, mandate un pensiero riconoscente al dottor Goodenough. E quando il vostro smartphone vi abbandona, inesorabilmente scarico, mentre aspettavate quella telefonata decisiva, non lanciate troppe maledizioni al dottor Goodenough. Quel “buono abbastanza” sembra un giudizio sensato della tecnologia che questo scienziato, oggi 97enne e fresco vincitore del Premio Nobel per la Chimica con i colleghi Whittingham e Yoshino, ha reso possibile: la batteria agli ioni di litio (in sigla Li-Ion). Il componente pi vituperato, eppure fondamentale, dei cellulari. Ma anche dei computer portatili, dei tablet, degli aspirapolvere senza filo, delle cuffie wireless. E oggi sempre di pi dei mezzi elettrici, dai monopattini alle auto.

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Dall’et del silicio stiamo transitando in quella del litio. Questo metallo, il pi leggero in natura, il componente chiave per ricaricare i nostri oggetti, in un mondo che sempre pi va e andr a batteria. E la tecnologia delle batterie attuali “buona abbastanza”. Migliora di anno in anno, ma non quanto vorremmo. Non buona abbastanza da far durare i nostri smartphone una settimana senza ricariche e neppure per far viaggiare un’auto elettrica tanto a lungo quanto un’auto a combustibili fossili. Sul fronte sicurezza non va meglio. Le batterie al litio sono delicate, possono surriscaldarsi e prendere fuoco. Come ha scoperto Samsung quando nel 2016 ha dovuto togliere dal mercato il suo smartphone Galaxy Note 7. O Boeing quando nel 2013 stata forzata a mettere a terra i suoi 787 Dreamliner.

Le prime batterie al litio risalgono addirittura a inizio Novecento, ma sarebbero occorsi decenni per creare modelli ricaricabili e poi per industrializzarli.
Negli anni ‘70 il dottor Whittingham lavorava in un laboratorio di ricerca sulla batteria per la ExxonMobil quando trov un modo per sfruttare il litio per immagazzinare energia, a temperatura ambiente e senza il rischio di esplosione. Fu la base cui nacquero le moderne batterie agli ioni di litio. Nel 1980, il gi citato John Bannister Goodenough miglior l’idea di Whittingham, con una serie di scoperte ( a partire dal catodo all’ossido di litio-cobalto) che portarono, nel 1991, alla prima batteria Li-Ion di Sony. Alcuni anni prima, nel 1985 il dottor Y0shino, mentre lavorava per la Asahi Kasei Corporation in Giappone, aveva depositato un primissimo brevetto, con l’idea di utilizzare il cobalto di litio per l’elettrodo positivo e un materiale a base di carbonio per quello negativo.

Qui, perdonateci, ma serve un breve ripasso di chimica. Una batteria , semplificando, un dispositivo in cui gli ioni (ovvero atomi elettricamente carichi) si spostano da un punto all’altro. Quando le cariche elettriche si muovono creano una corrente elettrica che pu alimentare qualsiasi cosa collegata alla batteria. Sono necessari due elettrodi, l’anodo e il catodo, tra cui si muovono gli ioni, che viaggiano all’interno di una sostanza detta elettrolita. Quest’ultimo negli accumulatori Li-Ion un liquido con sali di litio.

Perch si usano le batterie Li-Ion? I vantaggi sono tanti. Sono pi leggere e compatte di quelle equivalenti fabbricate con altri componenti chimici. Permettono di immagazzinare una quantit maggiore di energia nello stesso spazio. Si scaricano poco nel tempo (se non usate). Non soffrono dell’effetto memoria: da molti anni non necessario lasciare scaricare del tutto una batteria affinch non perda capacit. Eppure, nonostante questi vantaggi, gli accumulatori di oggi non durano quanto vorremmo, n si ricaricano (quando si parla di mobilit green) nel tempo di un pieno di benzina: vero ma non bisogna dimenticare – ci ricorda Silvia Bodoardo, ricercatrice e docente di Chimica al Politecnico di Torino – i progressi degli ultimi anni. Lo smartphone consuma di pi perch fa cose pi complesse. Nel settore automotive si passati dalle decine di chilometri di autonomia alle centinaia.

Per il futuro le idee in campo sono diverse. Ci sono gi – aggiunge Bodoardo – le batterie Li-Poly, in cui l’elettrolita un polimero. Hanno performance energetiche migliori, dai piccoli formati di oggi si spinge per portarle sulle auto. Il tema strategico: l’Europa ha lanciato l’iniziativa di lungo periodo Battery 2030+, che Silvia Bodoardo segue per l’Ateneo torinese. Abbiamo speranze concrete sul litio-zolfo, che pu accrescere di 5 volte la capacit di energia e ha bassissimo impatto ambientale. In 3-4 anni pu arrivare sul mercato. E poi si lavora sul litio-aria, dove l’ossigeno usato come materiale catodico dice la ricercatrice. Il tema della sostenibilit aziendale centrale: il riciclo dei materiali in Europa necessario pi che mai visto che il litio abbonda solo in altre aree del pianeta. Le batterie pi diffuse sono ancora quelle al piombo. una tecnologia rodata da un secolo – ci spiega Raimondo Hippoliti, direttore ricerca e sviluppo di Fiamm Energy Technology, storico marchio italiano del settore -. Il riciclaggio delle batterie esauste quasi totale, vicino al 100%. Per il litio invece ci sono problemi legati all’infiammabilit oltre a vapori non benefici. Ma la direzione segnata: il litio ha un gap non colmabile da parte di altre tecnologie.
Il tutto in attesa che “il sacro graal delle batterie” (come l’hanno battezzato i pi ottimisti) prenda corpo: l’idea sostituire l’elettrolita liquido delle Li-Ion con il vetro. Chi l’ha inventato? Il nostro Goodenough, quando aveva 94 anni di et. Very good, dottor Buono Abbastanza.
(una versione di questo articolo stata pubblicata su “7” il 24 maggio 2019)

9 ottobre 2019 (modifica il 9 ottobre 2019 | 17:33)

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