Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DoE) ha stanziato 125 milioni di dollari per finanziare due team dell'Energy Innovation Hub, che guideranno la prossima ondata di sviluppo della tecnologia delle batterie. Questa iniziativa, volta a superare gli attuali limiti delle batterie agli ioni di litio, è guidata dall'Argonne National Laboratory e dalla Stanford University. L'iniziativa riflette uno sforzo concertato per accelerare la decarbonizzazione dei trasporti e migliorare l'integrazione dell'energia pulita nella rete elettrica.
L'annuncio di finanziamento, dettagliato in un comunicato del Dipartimento dell'Energia (DoE), sottolinea l'urgente necessità di soluzioni avanzate per l'accumulo di energia per rispondere alla crescente domanda di tecnologie per batterie più sicure, efficienti ed economiche. Le applicazioni emergenti, in particolare nei trasporti e nell'accumulo in rete, richiedono maggiori capacità di accumulo di energia, migliori misure di sicurezza e una diversificazione delle materie prime utilizzate nella produzione di batterie per mitigare i rischi della catena di approvvigionamento.
Alleanza per la ricerca sull'accumulo di energia (ESRA)
L'Energy Storage Research Alliance (ESRA), guidata dall'Argonne National Laboratory, riunisce circa 50 ricercatori provenienti da tre laboratori nazionali e 12 università. La loro missione è esplorare le scienze delle batterie in modo approfondito per affrontare le sfide attuali, tra cui la sicurezza, l'elevata densità energetica e lo sviluppo di batterie a lunga durata a partire da materiali facilmente reperibili ed economici.
L'ambizione principale dell'ESRA è quella di ampliare i confini della scienza dell'accumulo di energia, promuovendo l'innovazione tecnologica che rafforzi la competitività economica degli Stati Uniti.
Shirley Meng, Direttrice dell'ESRA, ha sottolineato l'urgente necessità di dispositivi di accumulo di energia ad alte prestazioni, a basso costo e sostenibili per raggiungere una profonda decarbonizzazione del trasporto pesante e della rete elettrica. Meng, che è anche Chief Scientist presso l'Argonne Collaborative Center for Energy Storage Science e professoressa presso la Pritzker School of Molecular Engineering dell'Università di Chicago, ha sottolineato che per superare le capacità dell'attuale tecnologia agli ioni di litio è necessaria una ricerca pionieristica ancorata alla scienza di base. Ha affermato: "La domanda di dispositivi di accumulo di energia ad alte prestazioni, a basso costo e sostenibili è in aumento, soprattutto quelli con il potenziale per una profonda decarbonizzazione del trasporto pesante e della rete elettrica".
Bryan McCloskey, Vicedirettore per le Spinte Scientifiche dell'ESRA e ingegnere di facoltà presso il Berkeley Lab, ha aggiunto che l'ESRA mira a promuovere un ecosistema favorevole all'innovazione rapida, riducendo il ritardo tra la scoperta di base e l'implementazione della tecnologia. Una componente essenziale della strategia dell'ESRA prevede la formazione di una forza lavoro diversificata e futura, preparata per le future esigenze produttive attraverso partnership con l'industria, il mondo accademico e il governo. Ha affermato: "L'ESRA crea un ecosistema di ricerca sull'accumulo di energia con la missione di innovare rapidamente, ridurre i tempi tra la scoperta di base e lo sviluppo tecnologico e formare la forza lavoro di prossima generazione".
La coalizione, che comprende istituzioni come la Columbia University, il MIT e l'Università del Michigan, tra le altre, parteciperà attivamente a tutti gli aspetti della ricerca scientifica, della governance e dello sviluppo strategico.
Consorzio per le batterie acquose (ABC)
Parallelamente, l'Università di Stanford guida l' Aqueous Battery Consortium (ABC), un consorzio impegnato nello sviluppo di una nuova batteria acquosa che promette di essere al contempo ecocompatibile ed economicamente vantaggiosa. Questa nuova tecnologia, che si prevede vanterà una densità energetica superiore a quella delle attuali batterie al piombo-acido e un costo potenzialmente pari a un decimo di quello delle moderne batterie agli ioni di litio, mira a superare problematiche di lunga data come la bassa tensione, la densità energetica e la corrosione.
Linda Nazar, responsabile scientifica del progetto e professoressa presso l'Università di Waterloo, ha sottolineato le persistenti barriere che si incontrano nello sviluppo di batterie ad acqua, tra cui la corrosione dei materiali e il guasto delle celle in condizioni pratiche. "Le barriere che ostacolano una batteria ad acqua di questo tipo hanno ostacolato gli inventori per anni", ha osservato.
Yi Cui, direttore del progetto e professore a Stanford, ha sottolineato l'imperativo di creare soluzioni di accumulo di energia convenienti, su scala di rete e in grado di funzionare in modo affidabile a lungo termine, soprattutto in un'epoca dominata da fonti energetiche rinnovabili intermittenti come l'energia solare ed eolica.
L'Aqueous Battery Consortium, amministrato dal Precourt Institute for Energy di Stanford, riunisce 31 importanti scienziati, ingegneri e fisici specializzati in batterie provenienti da istituzioni di tutto il Nord America, tra cui lo SLAC, diversi campus dell'Università della California, la North Carolina State University e i laboratori di ricerca dell'Esercito e della Marina degli Stati Uniti. La loro collaborazione riguarderà la progettazione e la sintesi dei materiali, la teoria e la simulazione, e la caratterizzazione dei prototipi.
I team di ricerca esploreranno vari aspetti della tecnologia delle batterie, tra cui l'elettrolita, i materiali degli elettrodi e l'architettura complessiva del dispositivo, con l'obiettivo di realizzare batterie che non solo funzionino in modo efficiente, ma che si carichino e scarichino rapidamente, pur essendo economicamente sostenibili.
Lo stanziamento di 125 milioni di dollari da parte del Dipartimento dell'Energia, suddiviso equamente tra i due hub nell'arco di cinque anni, definisce un solido quadro per la ricerca trasformativa nell'accumulo di energia.
