Una nuova ricerca firmata Università della California – Los Angeles (UCLA) apre una nuova strada nel campo dell’accumulo energetico con una batteria ibrida allo zinco dotata di elettrodo stampato in 3D. Il dispositivo, secondo lo studio pubblicato sulla rivista Small, riesce a immagazzinare oltre sette volte la carica rispetto ad altre tecnologie ibride simili, mantenendo inoltre l’82% della capacità dopo 1.500 cicli di carica e scarica. Un risultato che punta a rispondere alle esigenze di sistemi energetici sempre più efficienti, duraturi e a basso costo.
Un approccio ibrido tra batteria e supercondensatore
Il cuore dell’innovazione sviluppata dai ricercatori dell’UCLA è un sistema ibrido che combina due approcci distinti all’accumulo di energia. Da un lato c’è un elettrodo che funziona come quello delle batterie agli ioni di litio, dall’altro un elettrodo in carbonio simile a quello dei supercondensatori.
Questi ultimi sono noti per la loro rapidità di carica e scarica e per la lunga durata operativa, ma soffrono di una limitata capacità di immagazzinamento. Il team ha superato questo limite aumentando la superficie dell’elettrodo e integrando ossido di vanadio, un materiale capace di trattenere grandi quantità di energia. Il risultato è un sistema che si avvicina a un ordine di grandezza superiore rispetto ai dispositivi comparabili.
Secondo i ricercatori, questa configurazione consente di unire i vantaggi tipici delle batterie e quelli dei supercondensatori, creando una piattaforma particolarmente interessante per le applicazioni che richiedono ricariche rapide, elevata affidabilità e lunga durata.
L’elettrodo 3D che moltiplica la capacità energetica
Il vero salto tecnologico arriva dalla struttura dell’elettrodo, progettato con una geometria tridimensionale a nido d’ape, caratterizzata da una fitta rete di cavità interne. Questa architettura è stata realizzata attraverso una tecnica di stampa 3D che utilizza una resina liquida capace di solidificarsi istantaneamente grazie all’esposizione a un laser UV.
Successivamente il materiale viene sottoposto a trattamenti termici e chimici che eliminano le componenti non necessarie, lasciando una struttura di carbonio conduttivo altamente poroso. In una seconda fase, il reticolo viene caricato con ossido di vanadio per incrementarne ulteriormente le capacità di accumulo.
Il risultato è un materiale con una superficie interna enorme. Secondo i dati dello studio, un solo grammo di questo materiale, se disteso come un foglio, coprirebbe circa dieci campi da tennis. Questa caratteristica consente all’elettrodo di trattenere una quantità di carica nettamente superiore rispetto alle tecnologie concorrenti.
Nei test effettuati dal team, il dispositivo ha dimostrato di poter accumulare oltre sette volte la carica dei sistemi basati su condensatori comparabili, mantenendo al tempo stesso prestazioni stabili nel corso dell’utilizzo.
Zinco come alternativa al litio: costi più bassi e maggiore sostenibilità
Alla base del progetto c’è anche la scelta dello zinco, considerato un materiale particolarmente promettente per il futuro dell’accumulo energetico. Rispetto al litio, è infatti circa 100 volte più abbondante, più semplice da estrarre e più facile da riciclare.
Queste caratteristiche lo rendono una soluzione potenzialmente più economica e sostenibile, soprattutto per le applicazioni di grande scala. In un contesto in cui cresce la domanda di sistemi di accumulo per supportare le reti elettriche, la disponibilità di materie prime rappresenta infatti un elemento cruciale.
Secondo il coautore Maher El-Kady, il futuro dello storage energetico non sarà legato a una sola tecnologia dominante, ma a una combinazione di soluzioni complementari. In quest’ottica, dispositivi come quello sviluppato da UCLA potrebbero svolgere un ruolo importante grazie alla capacità di offrire prestazioni elevate, costi contenuti e una maggiore sostenibilità ambientale.
Una nuova frontiera per la ricerca sull’accumulo energetico
Oltre alla batteria, lo studio introduce anche una cella di test stampata in 3D progettata per migliorare la qualità delle misurazioni nei laboratori di ricerca. Molti gruppi utilizzano ancora sistemi aperti con elettroliti contenuti in semplici becher, una soluzione economica ma soggetta a problemi come l’evaporazione dei liquidi e il posizionamento non uniforme degli elettrodi.
Le celle commerciali in vetro rappresentano un’alternativa più precisa, ma possono arrivare a costare oltre 1.000 dollari. La nuova soluzione proposta dal team punta quindi a offrire uno strumento più accessibile e affidabile.
Secondo la prima autrice Sophia Uemura, il sistema potrebbe aiutare altri ricercatori a ottenere misurazioni più coerenti e dati sperimentali più affidabili, favorendo così lo sviluppo di nuove tecnologie nel settore.
Nel complesso, la ricerca pubblicata su Small rappresenta un importante passo avanti verso sistemi di accumulo energetico più efficienti, economici e sostenibili, con potenziali applicazioni future nelle reti elettriche e nelle infrastrutture energetiche di nuova generazione.
Fonte: Interesting Engineering
