
La fibra di carbonio è considerata un materiale straordinario per la sua leggerezza combinata con una resistenza pari a quella dell'acciaio. Utilizzata in settori dove le prestazioni sono importanti, come la Formula 1 e l'aerospazio, questo materiale potrebbe rivoluzionare ulteriormente il mercato se riuscisse anche ad immagazzinare energia come una batteria. Questo è l'obiettivo di un team di ricercatori della Chalmers University of Technology di Göteborg, che ha trasformato la fibra di carbonio in un sistema di accumulo energetico strutturale, pronto per rivoluzionare varie industrie.
Verso un futuro senza batterie tradizionali
Le batterie strutturali in fibra di carbonio sfruttano le proprietà del materiale per immagazzinare energia senza la necessità di aggiungere componenti extra. In pratica, trasformano elementi portanti come la fusoliera di un aereo o il telaio di un'auto in accumulatori integrati, eliminando peso e ingombro delle batterie tradizionali. Questo concetto, se applicato su larga scala, potrebbe trasformare interi settori industriali. Nell'aviazione, ad esempio, la sostituzione delle pesanti batterie al litio con componenti strutturali ridurrebbe il peso degli aerei, migliorando autonomia e riducendo i consumi. Le auto elettriche del futuro potrebbero avere scocche-batteria, aumentando l'autonomia senza sacrificare spazio o prestazioni.
Applicazioni infinite: dai veicoli agli impianti eolici
I ricercatori stanno esplorando l'applicazione di questa tecnologia anche al settore eolico, integrando le batterie nelle pale dei generatori. Questo permetterebbe di immagazzinare l'energia in eccesso prodotta durante i picchi di produzione, risolvendo uno dei principali problemi delle energie rinnovabili: la discontinuità della produzione. Le potenziali applicazioni sembrano infinite e promettenti, con la startup svedese Sinonus pronta a commercializzare questa tecnologia rivoluzionaria.
Come funzionano le batterie strutturali in fibra di carbonio?
Per comprendere il funzionamento delle batterie in fibra di carbonio è necessario analizzare la struttura microscopica del materiale. La fibra di carbonio è costituita da filamenti di atomi di carbonio allineati in una configurazione cristallina che conferisce proprietà meccaniche eccezionali. La Chalmers University of Technology ha dato origine alla startup Sinonus, che si occupa dello sviluppo delle batterie strutturali in fibra di carbonio a partire dai primi studi condotti dall'università. I ricercatori della Chalmers University hanno scoperto che modificando l'orientamento e la dimensione dei cristalli, è possibile migliorare anche le proprietà elettrochimiche della fibra. Le fibre con cristalli piccoli e disordinati sono ottimi conduttori elettrici, sebbene meno rigidi, mentre quelle con cristalli più grandi e ordinati sono più resistenti ma meno adatte all'uso come batterie. Trovare l'equilibrio tra queste proprietà è stato determinante per creare un materiale ibrido in grado di offrire sia prestazioni strutturali che capacità di accumulo.
Un futuro promettente: prestazioni e sicurezza
Il team di ricercatori guidato dal professor Leif Asp ha sviluppato una batteria in fibra di carbonio con una densità energetica di 24 Wh/kg, circa il 20% rispetto alle migliori batterie al litio. Tuttavia, con ulteriori ottimizzazioni, si prevede di raggiungere densità di 75 Wh/kg, con una rigidità paragonabile all'alluminio. Anche se le prestazioni energetiche delle batterie strutturali sono inferiori a quelle delle batterie tradizionali, il loro vantaggio risiede nella capacità di integrarsi nei componenti esistenti, risparmiando peso e volume. Questo potrebbe fare una grande differenza in termini di costi, ingombri e autonomia su larga scala. Inoltre, le batterie in fibra di carbonio sono considerate più sicure grazie alla minore densità energetica e all'assenza di sostanze volatili, un aspetto chiave soprattutto per applicazioni aeronautiche.
La sfida della produzione su larga scala
Nonostante le potenzialità, il principale ostacolo per l'applicazione pratica delle batterie in fibra di carbonio è la produzione su larga scala. Attualmente, la fibra di carbonio è un materiale di nicchia, utilizzato in applicazioni di alta gamma. Per essere competitiva, questa tecnologia deve dimostrare di poter essere prodotta in modo economicamente sostenibile. Questo richiederà una ristrutturazione delle filiere produttive attuali, ma Sinonus è pronta ad affrontare la sfida con una roadmap ambiziosa e ben definita.
Un futuro fatto di energia pulita e integrata
Il successo delle batterie strutturali in fibra di carbonio potrebbe segnare l'inizio di una nuova era di energia pulita e integrata. Immaginate un mondo in cui le pale eoliche fungono anche da accumulatori, gli aerei sono ultraleggeri con fusoliere energetiche e le auto elettriche hanno scocche che funzionano da batteria. E questo sarà solo l'inizio di una rivoluzione tecnologica che ci porterà verso un futuro più sostenibile.
