Il professor Jürgen Janek, una figura di spicco nel campo dell’elettrochimica dello stato solido presso l’Università Justus-Liebig di Giessen, discute del passato, del presente e del futuro dello stoccaggio dell’energia oltre al litio. Il suo lavoro, supportato dal prestigioso Cluster of Excellence Post-Lithium Storage (POLiS), è in prima linea nello sviluppo di tecnologie per batterie di prossima generazione.
Dalla storia all’alta conduttività: il percorso verso le batterie allo stato solido
Il viaggio di Janek nel campo è stato quasi casuale. Considerando inizialmente la storia, alla fine scelse la chimica, spinto da lacune fondamentali nelle conoscenze esistenti. Attribuisce ai primi mentori un forte background in fisica e scienza dei materiali, nonché collaborazioni con Alan B. Lidiard, per aver plasmato la sua prospettiva sul trasporto degli ioni nei solidi, un argomento storicamente sottorappresentato nei programmi di studio di chimica standard. Questa consapevolezza che l’elettrochimica dello stato solido univa fisica, chimica e ingegneria lo spinse verso un campo che riteneva sarebbe diventato cruciale per le future tecnologie energetiche.
La svolta che ha accelerato la ricerca sullo stato solido
Un punto di svolta fondamentale è stato il rapporto di Ryuichi Kanno del 2011 sull’elevata conduttività degli ioni di litio nel composto solforato Li10GeP2S12 (LGPS). Questa scoperta, con una conduttività superiore a quella degli elettroliti liquidi, ha dato il via a un rapido progresso nei concetti di batterie a stato solido. Janek osserva che questa svolta ha scatenato un’intensa concorrenza globale per nuovi elettroliti solidi, una corsa che continua ancora oggi. Ricerche emergenti suggeriscono che livelli di conduttività ancora più elevati sono ottenibili con elettroliti solidi a base di sodio, consentendo potenzialmente batterie più sostenibili e ad alta potenza.
POLIS: Finanziare il futuro dello stoccaggio energetico
Il cluster POLIS, gestito congiuntamente dall’Università di Ulm, dal Karlsruhe Institute of Technology e dall’Università Justus-Liebig Giessen, è uno dei principali motori di questa ricerca. Con un rinnovato periodo di finanziamento di sette anni a partire dal 2026, l’obiettivo del programma è esplorare opzioni di stoccaggio dell’energia oltre al litio, inclusi sodio, potassio, magnesio, calcio, alluminio e persino sistemi basati su anioni. Mentre le batterie al litio rimarranno rilevanti, POLIS mira a diversificare le tecnologie di stoccaggio per ridurre la dipendenza da un singolo elemento e aumentare la resilienza contro le perturbazioni geopolitiche.
Risultati recenti: imaging di anodi metallici ed elettroliti di magnesio ad alta conduttività
Il gruppo di Janek contribuisce in modo significativo a POLIS attraverso studi approfonditi sui concetti di stato solido, reazioni di interfaccia e trasporto di carica. Un lavoro recente, condotto dagli studenti di dottorato Till Ortmann e Till Fuchs, ha avanzato l’imaging microscopico degli anodi metallici di sodio e litio utilizzando la diffrazione di retrodiffusione degli elettroni, aprendo nuove strade per la progettazione degli anodi. La ricerca di Clarissa Glaser ha anche prodotto risultati promettenti, sintetizzando elettroliti solidi di ioni di magnesio con conduttività che raggiunge 0,1 mS/cm: un passo avanti verso batterie agli ioni di magnesio sostenibili.
Il ruolo cruciale del riciclaggio
Il programma riconosce che la sostenibilità non è negoziabile. Janek sottolinea che il riciclaggio deve essere integrato fin dall’inizio nella progettazione di nuovi materiali e concetti di celle, garantendo un’economia circolare per queste tecnologie.
Oltre il litio: prevedere la prossima tecnologia delle batterie su scala Gigawatt
Sebbene la previsione del futuro sia incerta, Janek suggerisce che le batterie agli ioni di sodio sono destinate a diventare la prossima tecnologia ampiamente adottata dopo piombo, litio e sodio. Il fatto che altri prodotti chimici “oltre al litio”, come potassio, magnesio o alluminio, raggiungeranno la scala dei gigawatt dipende dalle loro prestazioni e dalla fattibilità economica. POLIS sta esplorando attivamente queste opzioni, con la speranza che ne emerga una come soluzione pratica su larga scala.
Migliorare la comunicazione scientifica
Janek ritiene che la comunicazione scientifica debba evolversi al passo con i tempi. Sostiene una pubblicazione ad accesso aperto con un rigoroso controllo di qualità e chiede una discussione più attiva sulla ricerca pubblicata, suggerendo anche la possibilità di modificare o migliorare gli articoli dopo la pubblicazione, un concetto che riflette la natura dinamica della scienza moderna.
In conclusione, il lavoro del professor Janek e la ricerca in corso di POLIS rappresentano uno sforzo fondamentale per diversificare e migliorare le tecnologie di stoccaggio dell’energia. Concentrandosi su materiali oltre al litio e dando priorità alla sostenibilità, questa ricerca ha il potenziale per rimodellare il futuro della produzione e del consumo di energia.
