Niobio: la sostanza chimica che potrebbe aiutarti a ricaricare la tua auto elettrica in pochi minuti

In una zona industriale a sud della storica città universitaria di Cambridge, i ricercatori della società Echion Technologies stanno cercando la formula ideale per caricare rapidamente le batterie dei veicoli.

Dato che molti governi hanno come obiettivo finale l’azzeramento delle emissioni nette di carbonio, un’invenzione del genere sarebbe di grande attualità.

Le auto elettriche hanno già capacità di lunga distanza – un’autonomia di 322 chilometri non è insolita – ma molte hanno bisogno di ore di collegamento per ottenere una carica completa.

Essere in grado di raggiungere questo obiettivo in meno di un’ora renderebbe più fattibili i viaggi attraverso il paese, rendendo quindi un veicolo elettrico una prospettiva più allettante per i consumatori.

Una ricarica più rapida può anche migliorare la produttività degli autobus elettrici o dei furgoni per le consegne, consentendo più tempo sulla strada e meno tempo collegati alla rete elettrica.

Le batterie che possono essere caricate rapidamente potrebbero anche rendere più semplice l’utilizzo dei treni elettrici senza installare costose infrastrutture di elettrificazione, come le apparecchiature delle linee aeree.

Sede di Echion a Sawston vicino a Cambridge, nel sud-est dell'Inghilterra. Foto: Daniel Bardsley/The National

Il lavoro presso la sede centrale di Echion Technologies, nel sud-est dell'Inghilterra, è incentrato su un elemento chimico di cui molte persone non hanno mai sentito parlare: il niobio.

Nonostante il suo basso profilo, il niobio è stato considerato un potenziale materiale per gli anodi delle batterie agli ioni di litio – il materiale di una batteria agli ioni di litio che riceve ioni di litio – sin dagli anni ’80.

Numerose aziende in tutto il mondo stanno studiando il suo utilizzo, quindi questo metallo, talvolta presente nell’acciaio inossidabile, potrebbe svolgere un ruolo significativo nella transizione al trasporto elettrico.

"Il lavoro svolto in precedenza era un punto di partenza. Non è stato ottimizzato come materiale commerciale", afferma Benjamin Ting, direttore commerciale di Echion Technologies.

"L'obiettivo di Echion era trovare il materiale ottimale da utilizzare come anodo per batterie adatto all'uso nei mercati di massa."

Come gran parte della ricerca e dello sviluppo, questi sforzi sono assolutamente meticolosi: negli ultimi anni, Echion Technologies ha vagliato quasi 1.000 materiali candidati per anodi a base di niobio e ha selezionato "una proporzione molto ristretta".

Il personale di ricerca e sviluppo, che complessivamente costituisce circa due terzi degli oltre 30 dipendenti dell'azienda, produce polveri contenenti miscele di sostanze chimiche in proporzioni variabili, che vengono sintetizzate in una fornace.

La polvere viene quindi miscelata negli inchiostri e testata per quanto bene ricoprono la pellicola per diventare elettrodi.

Gli elettrodi risultanti vengono testati in dozzine di piccole batterie a forma di moneta, ciascuna esteriormente simile alle batterie che si trovano, ad esempio, nei telecomandi dei televisori o nei lettori di carte bancarie.

"I nostri risultati a livello di moneta hanno spinto diversi grandi produttori di celle a iniziare lo sviluppo di formati commerciali utilizzando il nostro materiale", ha affermato Ting.

L'ottimizzazione delle prestazioni della batteria implica la destrezza tra più variabili. I principali tra questi sono la velocità di carica, la densità di energia, la densità di potenza, la temperatura operativa, il numero di cicli di carica e scarica che una batteria può durare, oltre alla sua sicurezza e sostenibilità.

L’ottimizzazione della velocità di carica e della densità energetica è di particolare importanza, perché le batterie che si caricano più velocemente hanno spesso una densità energetica inferiore.

"Spesso, se provi a ottimizzare per uno, vedrai un compromesso negli altri", ha detto Ting, un ingegnere australiano. "Diciamo che offriamo il miglior equilibrio."

Creare qualcosa che sia fattibile come prodotto di massa è un "grande passo", a partire dalla ricerca di un materiale che funzioni bene in laboratorio. Ma l’azienda è tranquillamente fiduciosa di aver sviluppato un materiale anodico che potrebbe trovare interesse sul mercato.

"Non diciamo che siamo dei game changer, ma ci piace pensare che faremo la differenza per un certo numero di grandi industrie", afferma Ting. "Siamo pragmatici, il che dà fiducia a coloro che vogliono impegnarsi su qualsiasi nuovo materiale per batterie, poiché si tratta di un investimento e di un impegno a lungo termine da fare."