Batterie a ioni di alluminio

In giro per la Rete si parla sempre più spesso di soluzioni alternative alla batterie al litio, ci sono molte idee a riguardo, soprattutto sui possibili candidati più adatti da usare come anodi (o catodi) da usare al posto del litio stesso. Sodio, zolfo, alluminio, silicio, sono solo alcuni degli elementi papabili per creare accumulatori che possano competere con la capacità e l'efficienza di quelle al litio.
Tra queste possibili vie, una di quelle più promettenti è l'alluminio, un metallo i cui singoli atomi possono trasportare con una singola reazione redox, ben tre elettroni tutti insieme, anzichè uno solo come invece accade per il litio. Inoltre sembra che, dalle sperimentazioni eseguite dai laboratori giapponesi e americani, le batterie all'alluminio non si riscaldino durante la fase di carica e scarica e siano più durevoli e sicure, in quanto formate da elementi non infiammabili. L'alluminio inoltre è un elemento molto più facilmente reperibile del litio e molto meno costoso, nonchè meno pericoloso, sia come tossicità che come infiammabilità.
Purtroppo le ricerche fatte fino a questo momento non sono state molto prodighe di informazioni, tante buone prospettive ipotetiche sullo sfruttamento commerciale ma poche iniziative concrete.

Qualche giorno fa ho trovato in Rete una relazione su una ricerca condotta dall'Università di Stanford, datata Gennaio 2017, che l'unica vera sperimentazione approfondita sul tema, completa di dati scientifici sperimentali, molto utile come linea guida per una sperimentazione privata, anche didattico-amatoriale.

Così ho pensato di tentare di replicarla, anche se a grandi linee, per verficare personalmente quanto sia realmente promettente questa soluzione all'accumulo elettrico.

Incollo qui la relazione (formato pdf).

www.pnas.org/doi/epdf/10.1073/pnas.1619795114

Scusate se ho interrotto così la discussione ma avevo da fare.
In realtà avevo già pensato da un pezzo alla faccenda, cercando in giro infatti ho trovato una possibile "ricetta" per la miscela da usare come elettrolita. Il mediatore di carica in tutte le versioni è sempre il tricloruro di alluminio, ma da solo non basta perchè si tratta di una sostanza che a temperatura ambiente è una polvere, un solido dunque. La sua temperatura di fusione è di 180° e oltretutto raggiunta questa esso sublima, non è possibile quindi usare il cloruro da solo, è necessario usare un'altra sostanza che faccia da solvente e che, come tale, non reagisca nè con l'elettrolita in sè ma nemmeno coi metalli degli elettrodi. Da qualche parte era arrivato il suggerimento (non a me, ai ricercatori) di usare l'acetammide, un composto chimico tipicamente usato proprio come solvente e plastificante. La sua temperatura di fusione in realtà non sembrerebbe incoraggiarne l'uso, visto che fonde anch'esso ad una temperatura abbastanza alta (~80°), a questo punto però accorre in nostro aiuto un fenomeno ben conosciuto in chimica, la miscela eutettica, ovvero la mescolanza di due composti chimici o due metalli diversi attuata la quale essa presenta una temperatura di fusione molto più bassa di quella che avrebbero i suoi componenti presi singolarmente. In sostanza, nel presente caso, mescolando a freddo il cloruro di alluminio con l'acetammide si produce una specie di "magia", ovvero da polvere la miscela diventa liquida a temperatura ambiente! In questo modo l'elettrolita+solvente è pronto per essere usato per la batteria.

Essendomi messo in testa di mettere in pratica l'esperimento e cercare di fabbricare una batteria ricaricabile all'alluminio ho già ordinato i componenti chimici, la lamina d'alluminio e quella di grafite, che fungerà da catodo, mentre l'alluminio da anodo.

Se leggete la relazione però troverete che nell'esperimento di Stanford non è stata usata l'acetammide, bensì una sostanza più comunque, meno costosa e più sicura, ovvero l'urea, un composto usato in agricoltura come fertilizzante azotato. Ebbene, dovete sapere che, ancora prima di trovare questa soluzione denstro la relazione avevo pensato già da solo all'urea, è stata quindi una piacevole sorpresa vedere che l'intuizione era giusta, non solo, nella relazione stessa è già specificato qual'è il rapporto tra cloruro di alluminio e urea per formare la miscela eutettica, tutto tempo risparmiato dunque!

Non vedo l'ora che arrivino tutti i materiali e le sostanze, credo tra luglio e agosto perchè alcuni composti arrivano addirittura dall'India, quindi... Tuttavia sono molto motivato e vi terrò aggiornati sui risultati.

Nelle scorse settimane ho ordinato quelli che ritengo essere i materiali e le sostanze necessarie alla costruzione di una batteria, cioè un prototipo di batteria, ricaricabile a ioni di alluminio. I materiali sono: un foglio di grafite pura, un foglio di alluminio puro, 100g di tricloruro di alluminio (che poi è l'elettrolita principale, quello che deve trasportare le cariche dall'anodo al catodo e viceversa), 100g di acetammide per fare il primo tipo di miscela eutettica, 1Kg di urea per la seconda versione della miscela eutettica, infine un foglio di teflon per imbustare il tutto in un involucro stagno.
In questi giorni sono arrivati il teflon, il cloruro di alluminio (pagato a caro prezzo tra ilcosto della materia prima in sè, le spese di spedizione e quelle di importazione visto che ho dovuto farlo arrivare DALL'INDIA), l'urea e infine il tetracloruro di etilene, da usare come solvente nel caso che la miscela eutettica non diventi liquida.
Appena arriverà anche il resto del materiale inizierò a costruire la batteria, per adesso inizio con gli esperimenti per fare la miscela, vi saprò dire i risultati.