Sviluppare batterie al calcio in grado di competere con quelle al litio. È questo l'obiettivo della ricerca di Jean-Yves Sánchez nell'ambito di CONEX, un programma di attrazione di talenti volto a reclutare ricercatori internazionali di comprovata esperienza. CONEX è finanziato dall'Università Carlos III di Madrid (UC3M), dall'Unione Europea (programma Marie Curie "Azioni per le Persone" nell'ambito del Settimo Programma Quadro), dal Ministero spagnolo dell'Economia e della Competitività e da Banco Santander. Autore di oltre 140 articoli scientifici e 43 brevetti internazionali, Sánchez ha supervisionato 32 tesi di dottorato e ha diretto tre progetti europei e oltre una dozzina di progetti nazionali e regionali nel campo dell'energia elettrochimica.
In cosa consiste il vostro progetto di ricerca?
Il progetto ACABA (Advanced Calcium Batteries) mira a sviluppare batterie al calcio in grado di competere con le batterie al litio. Per raggiungere questo obiettivo, intende promuovere una stretta collaborazione tra laboratori spagnoli e francesi. Il progetto affronta le sfide attuali relative al miglioramento della gestione e dello stoccaggio delle energie pulite.
Ma le batterie al calcio sono già in commercio, no?
Sì, le batterie al calcio esistono, ma non sono ricaricabili. L'obiettivo del progetto ACABA è proprio quello di sviluppare una batteria al calcio che possa essere ricaricata senza problemi.
Quali sono i problemi delle batterie convenzionali?
Le batterie agli ioni di litio sono attualmente i principali sistemi di accumulo di energia elettrochimica nei dispositivi elettronici e nel settore dei trasporti, in continua espansione. Tuttavia, le risorse di litio sono limitate e situate in regioni politicamente instabili. Inoltre, si prevede che il loro prezzo aumenterà con l'aumento del numero di batterie presenti sul mercato. Pertanto, la ricerca di sistemi alternativi è fondamentale.
Quali vantaggi offrono le batterie al calcio?
Sebbene le batterie al calcio non siano state finora ampiamente considerate, l'elevata disponibilità di calcio, la loro capacità e il loro potenziale redox le rendono una candidata promettente. Inoltre, potrebbero potenzialmente raggiungere capacità simili, o forse addirittura superiori, a quelle delle batterie al litio.
Cos'è il potenziale redox?
È il potenziale elettrochimico di ossidoriduzione. Affinché avvenga una reazione redox, è necessario un elemento che doni elettroni e un altro che li accetti. Nel caso del calcio, il potenziale redox standard: Ca => Ca2+ + 2 e- è approssimativamente -2,8 V rispetto all'elettrodo standard.
Di cosa hai bisogno per costruire una batteria al calcio?
Ti servono solo elettrodi negativi e positivi e sali di calcio. Il calcio, nella sua forma ionica, è il quinto elemento più abbondante e il terzo metallo più abbondante in massa nella crosta terrestre, presente ad esempio nel carbonato di calcio e nel gesso. Si trova anche disciolto nell'acqua di mare e all'interno del nostro corpo, nelle ossa.
Quali applicazioni potrebbero avere queste batterie al calcio?
Beh, potrebbero essere utilizzate in modo simile alle batterie agli ioni di litio, ovvero nell'industria automobilistica, nell'elettronica e negli smartphone, nelle batterie stazionarie per le reti intelligenti, nei sistemi di alimentazione ininterrotta (UPS), ecc.
Quali altri tipi di batterie alternative sono in fase di sviluppo?
A livello internazionale, numerosi laboratori sono alla ricerca di alternative alle batterie agli ioni di litio. Le batterie al sodio, ad esempio, esistono da quasi quarant'anni, ma i ricercatori stanno riconsiderando l'argomento. Inoltre, ci sono altre opzioni interessanti, come le batterie al magnesio o la ricerca su nuovi elettroliti sviluppata da aziende come Toyota.
Quale metodologia intendete utilizzare nella vostra ricerca?
Il primo passo consiste nello sviluppare nuovi elettroliti polimerici e liquidi per ottenere una buona interfaccia con il calcio metallico, consentendo il funzionamento reversibile di questo elettrodo. Se ciò non fosse possibile, torneremo ad altre alternative per l'elettrodo negativo. In effetti, ho già presentato una proposta all'Agenzia Nazionale per la Ricerca francese (ANR), che ha superato la prima fase di selezione. Il progetto si chiama "Batterie al calcio pionieristiche" e ho coinvolto l'UC3M in questo lavoro.
Con quali ricercatori dell'UC3M collabori?
Attualmente collaboro principalmente con il gruppo del professor Alejandro Várez Álvarez (capo del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali e di Ingegneria Chimica presso l'UC3M) e collaboro anche con il professor Juan Baselga (anch'egli professore in questo dipartimento) nell'ambito di un progetto europeo Marie Curie che sto proponendo. A questo proposito, l'università sta compiendo notevoli sforzi, attraverso i programmi Cattedre di Eccellenza e CONEX, per migliorare il livello della ricerca.
Qual è l'aspetto più complesso nell'affrontare questa sfida?
In questo caso specifico, dobbiamo lavorare in un mezzo molto anidro, ovvero privo di acqua. Non disponiamo ancora di una camera a secco e, se dovessimo acquistarne una, sarebbe difficile trovare una collocazione adatta a causa dello spazio limitato nei laboratori.
Cosa ti offre la ricerca all'UC3M?
È un cambiamento rispetto a farla in Francia. Lì, ero professore a contratto presso l'Istituto Politecnico di Grenoble e dirigevo un gruppo di circa 24 ricercatori, sei dei quali erano membri permanenti del personale. In Spagna, la struttura della ricerca è molto diversa da quella francese. E trovarmi nel Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali e di Ingegneria Chimica dell'UC3M, dove ci sono ricercatori di diverse specializzazioni, favorisce importanti collaborazioni in un campo in cui sono necessarie molteplici competenze.
Sembra un settore in espansione, vero?
Il tema dei materiali per l'energia è molto importante in Europa e nel mondo, e credo che i finanziamenti aumenteranno di anno in anno. L'UC3M ha il potenziale per raggiungere una posizione di eccellenza in Europa, e questa è una delle mie ambizioni. Ma senza più spazio e una maggiore sicurezza nei laboratori, non saremo in grado di raggiungerla.
Se risolvessero questi problemi, quando potrebbero ottenere quella batteria al calcio?
Se si tratta di una batteria ad alte prestazioni, penso che potrebbe essere disponibile entro tre anni. E se parliamo di batterie ricaricabili, direi che un prototipo potrebbe essere ottenuto entro tre o quattro anni, ma con un elettrodo positivo che sia un'alternativa al calcio metallico.
