Batterie ricaricabili al magnesio: cosa sono, come funzionano e a cosa servono

Negli ultimi anni la ricerca scientifica sta esplorando una strada alternativa alle batterie al litio: le batterie ricaricabili al magnesio. Il magnesio è un elemento abbondante sulla Terra, economico e soprattutto stabile. In teoria, gli ioni di magnesio possono trasportare due elettroni invece di uno, offrendo una capacità energetica potenzialmente superiore. D'altra parte però gli elettroliti adatti al magnesio sono ancora difficili da sviluppare e la tecnologia è lontana dalla produzione industriale.

Cosa sono e come funzionano le batterie a magnesio

Le batterie al magnesio sono sistemi di accumulo in cui l’anodo è costituito da magnesio metallico, un elemento molto più abbondante del litio nella crosta terrestre e facilmente reperibile. La loro particolarità è che gli ioni Mg²⁺ trasportano due elettroni per atomo, raddoppiando teoricamente la capacità rispetto agli ioni Li⁺. Secondo le ricerche dell’Università di Waterloo, questa caratteristica rende il magnesio un candidato ideale per batterie ad alta densità energetica e basso costo.

Il principio è simile a quello delle batterie al litio: durante la scarica, gli ioni Mg²⁺ migrano dall’anodo al catodo attraverso un elettrolita, generando corrente. La differenza è che il magnesio, rispetto al litio, non forma dendriti in modo significativo, ovvero delle minuscole strutture metalliche o protuberanze appuntite che possono perforare il separatore e causare incendi e che continuano ad allungarsi ciclo dopo ciclo. Questo rende le batterie al magnesio intrinsecamente più sicure. Il problema? Gli ioni Mg²⁺ sono più “lenti” e difficili da far muovere negli elettroliti tradizionali. Per questo molti gruppi di ricerca stanno sviluppando nuovi elettroliti organici e solidi per migliorare la conducibilità.

Un recente prototipo dell’Università di Tohoku ha dimostrato un funzionamento stabile a temperatura ambiente, superando uno dei limiti storici della tecnologia.

I possibili utilizzi delle batterie al magnesio

Le batterie al magnesio sono ancora in fase sperimentale, ma potrebbero trovare applicazione in:

• accumulo stazionario per energie rinnovabili, grazie al basso costo dei materiali;
• veicoli elettrici, se la densità energetica raggiungerà livelli competitivi;
• elettronica di consumo, come alternativa più sicura alle celle al litio.

Progetti europei come HighMag dell’Università di Limerick puntano proprio a sviluppare batterie al magnesio per la mobilità sostenibile.

Differenze rispetto alle batterie al litio

Le batterie al litio utilizzano litio come materiale principale: è molto efficace ma relativamente scarso e costoso. Le batterie al magnesio, invece, si basano su magnesio, un elemento molto più abbondante ed economico. Dal punto di vista della sicurezza, le batterie al litio possono sviluppare dendriti, strutture che aumentano il rischio di cortocircuiti e incendi. Le batterie al magnesio non presentano questo problema in modo significativo e risultano quindi più stabili.

Per quanto riguarda lo stato della tecnologia, le batterie al litio sono ormai mature e ampiamente commercializzate, mentre quelle al magnesio sono ancora in fase sperimentale e non sono disponibili sul mercato. La densità energetica delle batterie al litio è già molto alta. Le batterie al magnesio, in teoria, potrebbero superarla grazie al doppio numero di elettroni trasportati dagli ioni Mg²⁺, ma questa potenzialità non è ancora stata raggiunta nei prototipi attuali.

Infine, gli elettroliti: per il litio esiste una vasta gamma di soluzioni efficienti e collaudate. Per il magnesio, invece, gli elettroliti sono ancora oggetto di ricerca, perché gli ioni Mg²⁺ sono più difficili da far muovere all’interno della cella e gli elettroliti tendono a formare strati passivanti che bloccano la ricarica.

Le batterie ricaricabili al magnesio quindi non sono ancora diffuse e oggi questa tecnologia resta di laboratorio, con prototipi promettenti ma lontani dalla produzione industriale. Tuttavia, i progressi degli ultimi anni indicano che la tecnologia sta accelerando.

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