La grafite è uno dei materiali fondamentali per la realizzazione delle batterie agli ioni di litio, ma la sua produzione continua ad avere un impatto ambientale significativo. Gran parte della disponibilità attuale deriva infatti dall’attività estrattiva oppure da processi industriali particolarmente energivori.
Per questo motivo sta attirando l’attenzione una ricerca che mostra come sia possibile ottenere grafite partendo direttamente dalla CO2, trasformando un gas di scarto in una risorsa potenzialmente utile per le future batterie dei veicoli elettrici.
Come la CO2 viene trasformata in carbonio
Il risultato arriva da un gruppo di ricercatori del Lawrence Berkeley National Laboratory, dell’Università della California a Berkeley e dell’Istituto Nazionale di Fisica Chimica e Biofisica dell’Estonia. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature Communications.
Il processo sfrutta l’elettrolisi a sali fusi, una tecnica che utilizza sali mantenuti allo stato liquido a circa 500 °C. Quando l’anidride carbonica viene introdotta nel sistema, la corrente elettrica separa gli atomi di ossigeno, consentendo al carbonio puro di depositarsi sull’elettrodo negativo.
Finora osservare questo fenomeno era estremamente complicato, poiché i sali fusi sono altamente corrosivi e danneggiano rapidamente gli strumenti ottici tradizionali. Per superare questo limite, il team ha sviluppato una speciale cella di reazione dotata di lenti resistenti alle alte temperature, riuscendo così a seguire l’intero processo in tempo reale.
Una scoperta utile per le batterie del futuro
Le osservazioni hanno mostrato che la trasformazione della CO2 avviene in due fasi e passa attraverso uno stato chimico intermedio. Inoltre, modificando la composizione dei sali fusi e il materiale degli elettrodi cambia anche la struttura finale del carbonio ottenuto.
Questo aspetto è particolarmente importante perché la grafite impiegata nelle batterie deve possedere una precisa struttura cristallina, indispensabile per consentire agli ioni di litio di muoversi rapidamente durante le fasi di carica e scarica.
La tecnica potrebbe quindi permettere di progettare la grafite direttamente durante il processo produttivo, adattandone le caratteristiche alle esigenze delle diverse batterie.
La ricerca è ancora nelle fasi iniziali e restano diverse sfide da affrontare. Mantenere i sali allo stato liquido richiede infatti temperature elevate e un notevole consumo di energia. Sarà inoltre necessario ottimizzare parametri come composizione dei sali, materiali degli elettrodi, tensione elettrica e distribuzione del calore prima di poter applicare il sistema su scala industriale.
