Batterie al Niobio, 3 volte più capienti e 10 volte più veloci

Sostituendo nelle batteria al Litio la Grafite con il Niobio, avremo maggiore efficienza e ricariche incredibilmente veloci. La tecnologia non è fantascienza e potrebbe a brevissimo rivoluzionare la mobilità

21 aprile 2022

La pietra filosofale, secondo gli alchimisti medievali, aveva poteri incredibili. Poteva tramutare qualunque volgare metallo in oro, donare onniscienza e immortalità. Il Niobio non racchiude proprietà così miracolistiche, ma quello che può fare, forse, rivoluzionerà il mondo delle batterie. Non è un nuovo elemento ed è già largamente utilizzato in altre applicazioni, ma solo molto recentemente si è studiato come possa migliorare le performance delle batterie. Inoltre, esattamente come la pietra filosofale, basta aggiungerne una percentuale bassissima e le sue proprietà si trasferiscono al composto che si ottiene.

Per di più le batterie al Niobio non sono altro che semplicissime batterie al Litio (quelle che già conosciamo e utilizziamo quotidianamente) con una piccola modifica: l'ossido di Niobio (insieme all'ossido di Titanio) viene inserito nell'anodo al posto della Grafite. Il resto della struttura rimane uguale alle batterie che sono già nel nostro smartphone o che alimentano i veicoli elettrici.
L'aggiunta di Niobio però fa un'enorme differenza in termini di risultati: la capacità di immagazzinamento è tre volte superiore alle batterie che conosciamo e i tempi di ricarica sono 10 volte più rapidi.

"Il Niobio - ci spiega Luca Magagnin, Professore Associato del Politecnico di Milano - è un elemento che recentemente è stato legato ad alcuni altri materiali che costituiscono le batterie agli ioni di Litio e si è visto migliorare notevolmente il comportamento delle batterie. Tradizionalmente per anodo il materiale che viene utilizzato è la Grafite supportata da un foglio di Rame che fa da porta corrente. Già da alcuni anni si è visto che composti cosiddetti titanati (litio-titanati) possono essere buoni sostituti della Grafite.

Recentemente si è scoperto di poter utilizzare un composto contenente Titanio e Niobio e si è visto che questo nuovo materiale è in grado di migliorare ulteriormente le caratteristiche della batteria. Consente infatti di stoccare maggiore energia e far lavorare la batteria a una velocità più alta riducendo notevolmente i tempi di carica. Questo perché il Niobio è in grado di favorire uno scambio più veloce di ioni di Litio e sostenere più corrente.

Questo rende possibile aumentare di tre volte la capacità della batteria a parità di peso... come minimo! Come velocità di ricarica può lavorare tranquillamente ad almeno un fattore dieci".

Questi dati sono riferiti agli esperimenti condotti impiegando il Niobio nell'anodo, ma sono stati condotti studi che lo hanno utilizzato anche nel catodo. Continua il Professor Magagnin: "E' stato inserito anche al catodo nei classici ossidi di litio-cobalto, litio-manganese nichel-manganese, etc... e anche lì si è visto che piccole quantità possono aumentare notevolmente la conducibilità elettrica del materiale e quindi ridurre le perdite totali della batteria".

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Sembra fatta quindi! Abbiamo trovato la pietra filosofale delle batterie, ma qualche difetto dovrà pur averlo: difficoltà di reperimento? Estrazione? Lavorazione? Rarità? In realtà nessuna di queste in particolare, visto che, pur essendo catalogato come metallo raro, il Niobio non è introvabile e la produzione è concentrata quasi esclusivamente (98%) in Brasile. Inoltre "è un elemento che viene lavorato bene - ci racconta il Professor Magagnin - ed è già presente in diverse leghe metalliche (acciai per applicazioni speciali) e quindi già utilizzato". L'unico neo è il costo: il Niobio costa circa 40-50 dollari al kg e, seppur ne serva pochissimo, va a sostituire la Grafite che è molto, molto più economica.

Ma se ci sono vantaggi così consistenti ed evidenti come mai non vengono già adottate le batterie al Niobio? Ci risponde il professore: "Questo percorso è già iniziato, ma è iniziato da poco tempo quindi ci vorrà ancora un po' per vederlo validato, tenendo presente che ad oggi, anche per ragioni di costo, il materiale anodico utilizzato praticamente in tutte le batterie resta la grafite. E quindi passare da questa, che ha un costo ridottissimo, a un materiale che ha un costo più alto richiede la gestione di una diversa sostenibilità economica".

Le batterie al Niobio non sono una frontiera fantascientifica. Ci sono aziende che già le producono. E' una tecnologia conosciuta, replicabile e facilmente adottabile. Il Niobio costa decisamente di più della Grafite, ma ne serve pochissimo e le performance che garantisce potrebbero veramente dare il via a una rivoluzione in tantissimi campi.