Fate da parte il litio: le batterie al alluminio e zolfo stanno accendendo una rivoluzione energetica

Nel gennaio 2024, uno studio pubblicato su Nature Communications ha riportato una batteria alluminio-zolfo funzionante a 85 °C con un elettrolita di cloroalluminato fuso, che ha mantenuto l’85,4% della sua capacità dopo 1.400 cicli a 1C.
Il prototipo di batteria a ioni di alluminio di Stanford del 2015 utilizzava un anodo in alluminio e un catodo in grafite, consentendo una ricarica ultra-rapida (circa un minuto) e oltre 7.500 cicli a circa 2 V.
Nel 2014 Phinergy ha dimostrato un’auto in grado di percorrere circa 1.100 miglia utilizzando batterie alluminio-aria.
Le batterie alluminio-aria offrono circa tre volte la densità energetica per peso rispetto alle batterie agli ioni di litio.
A gennaio 2023 l’Argonne National Laboratory ha dimostrato celle Li–S con uno strato intermedio redox-attivo che ha quasi eliminato l’effetto navetta e permesso oltre 700 cicli.
Le celle litio-zolfo hanno dimostrato densità energetiche intorno ai 400–500 Wh/kg nei laboratori, e il progetto SABERS della NASA punta a circa 500 Wh/kg per l’aviazione elettrica.
Ad agosto 2022 Donald Sadoway del MIT ha presentato una batteria alluminio-zolfo con anodo in alluminio e catodo in zolfo, utilizzando elettroliti a sali fusi per consentire un funzionamento sicuro e a basso costo.
A ottobre 2024 Lyten ha annunciato l’intenzione di costruire la prima gigafactory al mondo di batterie Li–S in Nevada, con l’obiettivo di raggiungere 10 GWh/anno entro il 2027.
A marzo 2025 Theion ha raccolto 15 milioni di euro per scalare celle Li–S a zolfo cristallino, dichiarando una densità energetica tripla rispetto al litio-ione, un terzo del costo e un terzo delle emissioni di CO₂, con piani per passare dalle celle a bottone a celle pouch di dimensioni maggiori.
Nel 2023 Phinergy e Indian Oil Corporation hanno presentato il primo veicolo indiano alimentato da batterie alluminio-aria, segnalando un potenziale di diffusione sul mercato.

Immagina batterie realizzate con comune foglio di alluminio e polvere di zolfo, in grado di alimentare tutto, dalle case alle auto elettriche, a una frazione dei costi attuali. Le batterie a base di alluminio e zolfo stanno emergendo come alternative promettenti alle tradizionali celle agli ioni di litio, offrendo il potenziale allettante di uno stoccaggio energetico più economico, sicuro e sostenibile. In questo rapporto, approfondiamo cosa sono queste batterie alluminio e zolfo, come funzionano, i diversi tipi in fase di sviluppo (inclusa una combinazione entusiasmante di alluminio e zolfo), i loro vantaggi e sfide, i principali attori che guidano le innovazioni e come le recenti scoperte del 2024–2025 potrebbero trasformare l’energia pulita e i veicoli elettrici. (Tutte le fonti sono citate per credibilità.)

Cosa sono le batterie alluminio e zolfo?

Le batterie alluminio e le batterie zolfo rappresentano due grandi famiglie di tecnologie di batterie ricaricabili di nuova generazione che mirano a superare i limiti delle attuali batterie agli ioni di litio. In parole semplici, utilizzano alluminio o zolfo (o entrambi) nelle loro reazioni elettrochimiche invece di affidarsi esclusivamente a chimiche a base di litio. Come qualsiasi batteria, queste hanno tre parti principali: un elettrodo positivo (catodo), un elettrodo negativo (anodo) e un elettrolita intermedio che trasporta gli ioni durante la carica e la scarica. La differenza chiave è la chimica: nelle batterie alluminio, il metallo alluminio funge spesso da anodo (e in alcuni progetti fornisce gli ioni portatori di carica), mentre nelle batterie zolfo, l’elemento zolfo serve tipicamente come materiale catodico che accetta ioni da un anodo metallico (come litio o sodio).

Perché esplorare l’alluminio o lo zolfo? Entrambi gli elementi sono incredibilmente abbondanti ed economici rispetto al litio e al cobalto utilizzati nelle celle agli ioni di litio. L’alluminio è il metallo più abbondante nella crosta terrestre e ha una capacità teorica molto elevata di immagazzinare carica (ogni atomo di Al può rilasciare 3 elettroni, conferendogli una capacità di carica di 2,98 Ah per grammo, che è enorme) nature.com. Lo zolfo è uno degli elementi non metallici più economici (spesso un sottoprodotto della raffinazione del petrolio) e può legarsi con due ioni di litio per atomo, consentendo un potenziale di accumulo di energia molto elevato nature.com, anl.gov. In linea di principio, le batterie che utilizzano alluminio o zolfo potrebbero contenere più energia a parità di peso e costare molto meno rispetto agli attuali pacchi agli ioni di litio. Come spiegano i ricercatori dell’Argonne National Laboratory, “Lo zolfo è estremamente abbondante, conveniente e può contenere più energia rispetto alle tradizionali batterie a ioni.” anl.gov Allo stesso modo, l’alluminio è economico, ampiamente disponibile e immagazzina carica in modo denso sia per peso che per volumenature.com.

Un altro grande motivo è sicurezza e sostenibilità. Le batterie agli ioni di litio utilizzano elettroliti liquidi organici infiammabili e spesso richiedono metalli rari (come cobalto, nichel, litio) che sollevano problemi di filiera e di etica. Al contrario, molti progetti di batterie all’alluminio e zolfo possono utilizzare elettroliti non infiammabili (come liquidi ionici o sali fusi) ed evitare minerali da conflitto. Ad esempio, un recente progetto di batteria litio-zolfo utilizza solo “materiali locali abbondantemente disponibili, eliminando la necessità di minerali estratti come nichel, cobalto, manganese e grafite”, secondo la startup di batterie Lyten lyten.com. Il professor Donald Sadoway del MIT – uno dei principali innovatori nel campo delle batterie – sta esplicitamente cercando “ingredienti economici e abbondanti sulla Terra” per inventare qualcosa di “molto meglio delle batterie agli ioni di litio”, scegliendo l’alluminio per l’anodo e lo zolfo per il catodo nella sua più recente chimica di batteria news.mit.edu.

In breve, le batterie all’alluminio e zolfo sono un tentativo di costruire una batteria più economica, sicura ed etica utilizzando elementi abbondanti (nessun rischio di carenza globale), economici e intrinsecamente ad alta capacità. Ora vediamo come funzionano queste batterie nella pratica e i diversi tipi in fase di sviluppo.

Come funzionano? (Nozioni di base sulle batterie in linguaggio semplice)

Le batterie a base di alluminio utilizzano tipicamente il metallo di alluminio come anodo. Quando la batteria si scarica, il metallo di alluminio cede elettroni (producendo una corrente elettrica) e ioni di alluminio (Al³⁺) che viaggiano attraverso l’elettrolita verso il catodo. A seconda del tipo di batteria, questi ioni di alluminio o si intercalano (inseriscono) in un materiale catodico oppure reagiscono con esso. Ad esempio, in una batteria alluminio-ione, gli ioni Al³⁺ si spostano in un catodo a strati (come la grafite o un ossido metallico) e ne escono durante la ricarica news.stanford.edu. In una batteria alluminio-zolfo, gli ioni di alluminio reagiscono con lo zolfo al catodo per formare composti alluminio-zolfo durante la scarica, e poi ritornano a metallo di alluminio durante la ricarica nature.com. E nelle batterie alluminio-aria, il metallo di alluminio reagisce con l’ossigeno dell’aria in un catodo speciale, producendo ossido o idrossido di alluminio – una reazione che rilascia elettricità finché l’anodo di alluminio non viene consumato.

Le batterie a base di zolfo di solito prevedono un catodo di zolfo abbinato a un anodo metallico (il litio è il più comune, ma si possono usare anche sodio, magnesio o alluminio). Prendendo come esempio la litio-zolfo (Li-S): durante la scarica, gli atomi di litio metallico all’anodo cedono elettroni e diventano ioni di litio (Li⁺) che viaggiano attraverso l’elettrolita verso il catodo di zolfo. Lo zolfo (molecole S₈) viene convertito in solfuro di litio (Li₂S) incorporando ioni di litio – in sostanza, lo zolfo assorbe ioni di litio ed elettroni per formare nuovi composti, immagazzinando energia nei legami chimici. Durante la ricarica, questo processo si inverte: gli ioni di litio lasciano lo zolfo e tornano all’anodo, e lo zolfo viene rigenerato. Poiché ogni atomo di zolfo può legarsi a due atomi di litio, e gli anelli S₈ possono rompersi in varie molecole di polisolfuro di litio, le batterie Li-S possono teoricamente immagazzinare da 3 a 5 volte più energia per peso rispetto alle batterie agli ioni di litio. Le batterie sodio-zolfo (Na-S) funzionano in modo analogo con ioni di sodio e formano tipicamente polisolfuri di sodio o solfuro di sodio.

In tutte queste batterie, gli ioni si spostano avanti e indietro attraverso un elettrolita mentre gli elettroni scorrono attraverso un circuito esterno – è così che la batteria si carica e si scarica. L’elettrolita può essere un liquido, un gel o un solido che permette il movimento degli ioni ma costringe gli elettroni a passare attraverso il circuito (che alimenta il tuo dispositivo). È importante notare che alcune di queste nuove chimiche richiedono elettroliti speciali per funzionare. Le batterie alluminio-ione spesso si basano su elettroliti a liquido ionico o sali fusi perché gli ioni Al³⁺ interagiscono fortemente con i solventi tipici. In effetti, le prime batterie ricaricabili all’alluminio sono diventate praticabili solo quando i ricercatori hanno trovato un liquido ionico a temperatura ambiente (a base di sali di cloroalluminato) che permette agli ioni di alluminio di entrare e uscire efficientemente da un catodo di grafite news.stanford.edu. Allo stesso modo, le batterie litio-zolfo spesso utilizzano elettroliti liquidi modificati o elettroliti solidi per prevenire problemi di cui parleremo più avanti (come la fuoriuscita di zolfo nell’elettrolita).

Per riassumere in termini semplici: le batterie all’alluminio generano energia grazie al fatto che il metallo di alluminio cede più elettroni per atomo (una carica incredibilmente elevata per atomo metallico) e forma legami sia con un catodo ospite sia con ossigeno/zolfo, mentre le batterie allo zolfo generano energia grazie a un elemento leggero e abbondante (lo zolfo) che cattura ioni metallici ed elettroni in composti ricchi di energia. Entrambi i progetti ci portano oltre il trasferimento del singolo ione di litio delle batterie attuali, potenzialmente offrendo più energia per carica. Ora, vediamo le specifiche varietà di queste batterie in fase di sviluppo.

Tipi di batterie a base di alluminio

I ricercatori stanno esplorando diversi tipi di batterie che utilizzano l’alluminio in modi differenti:

Batterie ricaricabili agli ioni di alluminio (Al-Ion): Queste batterie utilizzano metallo di alluminio come anodo e tipicamente un catodo grafitico con un elettrolita speciale a base di liquido ionico. Un famoso esempio iniziale proviene dalla Stanford University nel 2015, dove gli scienziati hanno dimostrato un prototipo di batteria agli ioni di alluminio con un anodo in alluminio e un catodo in grafite in un liquido ionico. Ha mostrato una ricarica ultra-rapida (una piccola cella poteva essere caricata in circa un minuto!) e una durata di ciclo estremamente lunga (oltre 7.500 cicli di carica senza perdita di capacità) news.stanford.edu. La cella di Stanford era anche molto sicura – i ricercatori potevano forare la cella a sacchetto senza che prendesse fuoco, a differenza delle celle al litio news.stanford.edu. Tuttavia, aveva una tensione più bassa (~2 volt, circa la metà della tensione tipica di una cella Li-ion) news.stanford.edu, il che significa che sarebbero necessarie più celle in serie per raggiungere tensioni utili. Principale attrattiva: Le batterie Al-ion promettono ricarica rapida, lunga durata e maggiore sicurezza (nessun componente soggetto a incendi), utilizzando materiali economici (alluminio e carbonio) news.stanford.edu. La ricerca in corso mira ad aumentare la loro densità energetica trovando catodi ed elettroliti migliori per aumentare tensione e capacità news.stanford.edu. Diversi gruppi in tutto il mondo (da Stanford alle università cinesi news.mit.edu) stanno facendo avanzare la tecnologia agli ioni di alluminio. Ad esempio, i ricercatori stanno studiando vari materiali per il catodo (inclusi anche i solfuri metallici nature.com) per immagazzinare gli ioni di alluminio in modo più efficace nature.com.
Batterie alluminio-aria: L’alluminio-aria è una batteria primaria (non ricaricabile elettricamente, ma potenzialmente “rifornibile” meccanicamente) in cui il metallo di alluminio reagisce con l’ossigeno dell’aria per generare elettricità. Queste celle hanno una densità energetica impressionante perché il catodo è semplicemente l’aria ambiente – rendendo la batteria estremamente leggera. Infatti, i pacchi alluminio-aria possono avere circa 3 volte l’energia per peso rispetto al litio-ione a livello di sistema evreporter.com. Il compromesso è che, una volta che l’anodo di alluminio si ossida in idrossido o ossido di alluminio, la cella è “esaurita” e necessita di nuovo alluminio per continuare. Questo rende l’alluminio-aria più simile a una cella a combustibile o a un range extender: si sostituisce una nuova piastra di alluminio (e si ricicla quella usata) invece di collegarla alla corrente per la ricarica. Aziende come Phinergy in Israele sono da anni pioniere nei sistemi alluminio-aria. In collaborazione con Indian Oil Corporation, stanno sperimentando batterie alluminio-aria in veicoli elettrici e unità di backup stazionarie. Nel 2023, hanno dimostrato in India una piccola auto elettrica che ha percorso oltre 500 km con celle alluminio-aria prima di necessitare di un “rifornimento” di alluminioevreporter.com. Il CEO di Phinergy, David Mayer, sottolinea che la tecnologia alluminio-aria è “sicura, non infiammabile,” richiede nessuna infrastruttura di ricarica pesante, e può essere ricaricata (sostituendo l’alluminio) “in pochi minuti” invece che in ore evreporter.com. Lo svantaggio è la necessità di creare un’intera catena di approvvigionamento per produrre e riciclare in massa le piastre di alluminio. Tuttavia, questa tecnologia è già commerciale in alcune nicchie: ad esempio, le unità alluminio-aria di Phinergy sono impiegate come alimentazione di backup per torri di telecomunicazione (in sostituzione dei generatori diesel) in Israele ed Europa evreporter.com. Le batterie alluminio-aria potrebbero non sostituire direttamente la batteria ricaricabile del tuo telefono, ma potrebbero servire come range extender per veicoli elettrici o per accumulo di lunga durata – fornendo una grande riserva di energia che si sostituisce periodicamente.
Batterie alluminio-zolfo: In modo affascinante, alcuni ricercatori stanno combinando alluminio e zolfo in un’unica batteria – utilizzando l’alluminio come anodo e lo zolfo come catodo, con un elettrolita a base di sale fuso o liquido ionico. Questo approccio ibrido cerca di sfruttare il meglio di entrambi gli elementi: l’elevata capacità anodica dell’alluminio e l’elevata capacità catodica dello zolfo, il tutto con materiali incredibilmente economici. Nell’agosto 2022, un team guidato da Donald Sadoway del MIT ha presentato un nuovo progetto di batteria alluminio-zolfo che ha subito attirato l’attenzione per il suo basso costo e le sue prestazioni. Utilizza sali cloro-alluminati fusi come elettrolita, che operano a una temperatura moderata (circa 110 °C, simile a una tazza di caffè caldo) per mantenere il sale liquido news.mit.edu. L’elettrolita riscaldato è stata una scelta intelligente: non solo è non infiammabile ed economico, ma ha anche impedito la formazione di dendriti – quei fastidiosi spuntoni metallici che possono causare cortocircuiti nelle batterie. Come ha affermato Sadoway, il sale scelto “ha praticamente eliminato queste dendriti incontrollate, consentendo anche una ricarica molto rapida” news.mit.edu. Il suo prototipo di cella alluminio-zolfo poteva essere ricaricato in meno di un minuto senza cortocircuiti, e ha funzionato per centinaia di cicli con un costo stimato per cella pari a circa un sesto di quello delle celle agli ioni di litio comparabili news.mit.edu. Si tratta di una riduzione dei costi enorme, confermata da analisti esterni; i costi dei materiali per queste batterie potrebbero essere inferiori dell’85% rispetto alle batterie agli ioni di litio secondo la rivista Science news.mit.edu. L’obiettivo è utilizzare queste celle per l’accumulo stazionario (ad esempio, per immagazzinare energia solare da usare di notte) e possibilmente per supportare la ricarica rapida dei veicoli elettrici. Il progetto di Sadoway è in fase di commercializzazione da parte di una startup chiamata Avanti, che punta a scalare le celle e a effettuare test di resistenza nel prossimo futuro news.mit.edu. Nel frattempo, altri gruppi stanno portando avanti il concetto di alluminio-zolfo: a gennaio 2024, ricercatori in Cina hanno riportato una batteria Al-S ricaricabile che può funzionare a 85 °C (appena sotto il punto di ebollizione dell’acqua, ancora più facile da mantenere) con un’ottima durata – oltre 1.400 cicli con solo il 15% di perdita di capacità, e la possibilità di ricarica rapida a quella temperatura nature.com. Abbassare la temperatura di esercizio sotto i 100 °C significa che un semplice riscaldamento ad acqua calda potrebbe mantenere la batteria, il che “semplifica notevolmente” la gestione termica e apre la strada a più ampie applicazioni nature.com. In sintesi: Le batterie alluminio-zolfo potrebbero diventare rivoluzionarie per l’accumulo su rete e forse per alcuinei veicoli, fornendo batterie a bassissimo costo e resistenti al fuoco che utilizzano alluminio abbondante sulla Terra (il metallo più abbondante) e zolfo (il non-metallo più economico) news.mit.edu.

Tipi di batterie a base di zolfo

Diverse tecnologie di batterie sfruttano catodi di zolfo abbinati a diversi anodi:

Batterie al litio-zolfo (Li-S): Il litio-zolfo è una delle chimiche “post-litio” più studiate grazie al suo potenziale energetico altissimo. Una cella Li-S può teoricamente immagazzinare fino a 5 volte l’energia per peso di una cella agli ioni di litio, poiché lo zolfo è molto leggero e ogni atomo di zolfo può legarsi a più atomi di litio. In pratica, le batterie Li-S hanno già dimostrato densità energetiche intorno ai 400–500 Wh/kg (circa il doppio rispetto alle Li-ion) in laboratorio businessaviation.aero, apricum-group.com. Sono anche interessanti perché molto economiche ed ecologiche – lo zolfo costa quasi nulla ed è abbondante, e le celle Li-S non contengono né cobalto né nichel. Tuttavia, il tallone d’Achille delle Li-S è stata la longevità e la stabilità. I prototipi tradizionali Li-S soffrivano dell’effetto “navetta dei polisolfuri”: composti intermedi dello zolfo (polisolfuri) si dissolvono nell’elettrolita durante i cicli e migrano verso l’anodo di litio, causando autoscarica, corrosione e rapido decadimento della capacità anl.gov. Subiscono anche notevoli “respirazione” (variazioni di volume) – lo zolfo si espande e si contrae molto durante la carica/scarica, il che può danneggiare la struttura della cella reuters.com. Questi problemi facevano sì che le prime batterie Li-S morissero dopo poche decine di cicli. La buona notizia è che recenti scoperte stanno risolvendo questi problemi. I ricercatori hanno sviluppato catodi in carbonio nanostrutturato e additivi per elettroliti per intrappolare i polisolfuri e prolungare la durata nature.com. Nel gennaio 2023, l’Argonne National Lab ha dimostrato una cella Li-S con uno speciale strato intermedio poroso “redox-attivo” che ha quasi eliminato il problema della navetta, permettendo alla batteria di resistere a oltre 700 cicli mantenendo alta capacità anl.gov. “Le precedenti batterie [al zolfo] sopprimevano solo la navetta ma sacrificavano energia. Il nostro strato aggiunge capacità di stoccaggio e sopprime la navetta,” ha spiegato il chimico di Argonne Guiliang Xu anl.gov. Questo suggerisce che le batterie Li-S possono essere sia ad alta energia che longeve. Infatti, ora le aziende stanno correndo per commercializzarle: Lyten, una startup californiana, ha sviluppato una cella litio-zolfo rinforzata con materiali proprietari in grafene 3D e punta a mercati di nicchia come droni, aerospaziale e difesa nel 2024–2025 <a href=”httlyten.com. Lyten afferma che le sue batterie Li-S sono il 40% più leggere rispetto alle attuali batterie agli ioni di litio (e il 60% più leggere rispetto alle batterie al ferro-fosfato) pur essendo più economiche su larga scala grazie all’eliminazione di nichel, cobalto e altri materiali costosi lyten.com. Un’altra azienda, Theion (Germania), sta lavorando su catodi di zolfo cristallino e ha recentemente riportato celle Li-S con una densità energetica 3 volte superiore rispetto alle Li-ion, a solo un terzo del costo, e potenzialmente un terzo delle emissioni di produzione reuters.com. Il CEO di Theion, Ulrich Ehmes, ha dichiarato che le loro batterie – che evitano i problemi di corrosione utilizzando una forma stabile di zolfo e un design pre-espanso – potrebbero essere nei veicoli elettrici “prima della fine del decennio” se lo sviluppo rimarrà in linea reuters.com. In breve, le batterie litio-zolfo sono sul punto di passare dal laboratorio al mercato, promettendo pacchi ultra-leggeri e ad alta energia per applicazioni in cui ogni chilogrammo conta (aerei elettrici, veicoli elettrici a lunga autonomia, spazio).
Batterie Sodio-Zolfo (Na-S): Sodio e zolfo potrebbero sembrare una coppia improbabile (il sodio è estremamente reattivo e le prime batterie Na-S funzionavano a caldo a 300°C), ma questa chimica vanta una lunga tradizione nello stoccaggio di energia per la rete elettrica. Le batterie Na-S ad alta temperatura sono state utilizzate per decenni nello stoccaggio di energia su scala industriale (in particolare da NGK in Giappone): funzionano con sodio e zolfo fusi separati da un elettrolita ceramico solido, offrendo buona efficienza e lunga durata per lo stoccaggio stazionario. Tuttavia, la necessità di mantenerle a circa 300°C ne ha limitato l’adozione su larga scala. Recentemente, c’è entusiasmo per le batterie sodio-zolfo a temperatura ambiente che potrebbero offrire un’alternativa sicura e a basso costo per lo stoccaggio su larga scala. Alla fine del 2022, un team dell’Università di Sydney ha annunciato una “batteria a basso costo con una capacità quattro volte superiore a quella agli ioni di litio” utilizzando un nuovo design Na-S a temperatura ambiente sydney.edu.au. Utilizzando un elettrodo in carbonio poroso e un semplice trattamento termico (pirolisi) per creare una forma di zolfo più reattiva, hanno ottenuto una capacità super-elevata e una durata ultra-lunga a temperatura ambiente, superando le precedenti prestazioni “lente” delle Na-S sydney.edu.au. Il ricercatore principale, il Dr. Shenlong Zhao, ha dichiarato che questa batteria sodio-zolfo “ha il potenziale per ridurre drasticamente i costi offrendo una capacità di stoccaggio quattro volte superiore. Si tratta di un progresso significativo per lo sviluppo delle energie rinnovabili…” sydney.edu.au. In effetti, sodio e zolfo sono ancora più abbondanti ed economici del litio, quindi una batteria Na-S di successo potrebbe rappresentare un vantaggio per lo stoccaggio di energia nella rete – consentendo grandi batterie per impianti eolici/solari a costi minimi. Sebbene le celle Na-S non siano paragonabili alle Li-ion per le esigenze compatte dei veicoli elettrici (il sodio è più pesante e queste celle sono attualmente di formato più grande), potrebbero diventare una componente fondamentale di l’infrastruttura per l’energia pulita, offrendo uno stoccaggio sicuro e a basso costo quando il sole non splende o il vento non soffia sydney.edu.au. La ricerca è in corso in tutto il mondo (Cina, Australia, Europa) per perfezionare le batterie Na-S a temperatura ambiente in vista della commercializzazione.
Altre batterie a base di zolfo: Oltre alle batterie Li-S e Na-S, i ricercatori hanno sperimentato catodi di zolfo in combinazione con altri metalli come magnesio o calcio, e persino abbinando lo zolfo all’alluminio (come discusso in precedenza). Queste batterie metallo-zolfo multivalenti (dove lo ione metallico ha più di una carica, ad es. Al³⁺ o Mg²⁺) sono interessanti per lo stesso motivo dell’alluminio o dello zolfo da soli – abbondanza e alta capacità – ma affrontano una chimica ancora più complessa e sono per lo più nelle prime fasi di ricerca advanced.onlinelibrary.wiley.com. Ad esempio, le celle magnesio-zolfo hanno difficoltà con la compatibilità dell’elettrolita e con cinetiche lente. Batterie a stato solido con zolfo sono un’altra variante all’avanguardia: utilizzando un elettrolita solido (spesso un solfuro o un polimero), gli scienziati puntano a realizzare celle Li-S più sicure (senza liquidi infiammabili) e che sopprimano completamente il fenomeno del polysulfide shuttle onlinelibrary.wiley.com, businessaviation.aero. La NASA sta sviluppando attivamente una batteria litio-zolfo a stato solido (progetto SABERS) utilizzando un catodo zolfo-selenio e un nuovo elettrolita solido, raggiungendo densità energetiche di circa 500 Wh/kg adatte all’aviazione elettrica businessaviation.aero. Il fascino dello zolfo – leggero, abbondante, potente – lo ha posto al centro di molti concetti futuristici di batterie.

Dopo aver esplorato il panorama delle batterie all’alluminio e allo zolfo, possiamo ora confrontare come queste tecnologie si posizionano rispetto alle attuali batterie agli ioni di litio e quali benefici unici offrono.

Vantaggi chiave rispetto agli ioni di litio

Sia le batterie a base di alluminio che quelle a base di zolfo promettono vantaggi significativi in termini di costo, sostenibilità e prestazioni se il loro sviluppo proseguirà con successo. Ecco i principali benefici:

🌎 Materiali abbondanti e a basso costo: L’alluminio e lo zolfo sono economici e abbondanti praticamente ovunque. L’alluminio è il metallo più abbondante nella crosta terrestre e lo zolfo è un sottoprodotto comune della raffinazione. Questo significa che i costi dei materiali possono essere drasticamente inferiori. Un rapporto di Science ha rilevato che le materie prime per una batteria alluminio-zolfo potrebbero essere più economiche dell’85% rispetto a quelle per le batterie agli ioni di litio news.mit.edu. Theion (una startup di batterie allo zolfo) afferma allo stesso modo che le loro celle costeranno solo un terzo rispetto a quelle agli ioni di litio reuters.com. Nelle parole di Sadoway, queste batterie sono “eticamente approvvigionate, economiche, [ed] efficaci” news.mit.edu – evitano metalli costosi spesso legati a pratiche minerarie problematiche. L’uso di risorse abbondanti significa anche meno colli di bottiglia nella catena di approvvigionamento; non dovremo affrontare carenze di litio o cobalto se le batterie alluminio-zolfo prenderanno piede.
🔥 Maggiore sicurezza (non infiammabili): Molte batterie alluminio/zolfo di nuova generazione sono progettate per essere molto più sicure. Invece di elettroliti organici infiammabili, possono utilizzare sali fusi inorganici o elettroliti solidi che non si incendiano news.mit.edu. Le celle agli ioni di alluminio e alluminio-zolfo dimostrate da Stanford e MIT “non prendono fuoco, nemmeno se ci si fora dentro” o funzionano ad alte temperature news.stanford.edu, news.mit.edu. Allo stesso modo, i catodi di zolfo abbinati a elettroliti solidi o in gel possono resistere meglio alla fuga termica rispetto alle tradizionali batterie agli ioni di litio. Il sistema alluminio-aria di Phinergy è intrinsecamente non combustibile e “sicuro, non infiammabile” durante il funzionamento evreporter.com. Una maggiore sicurezza non solo protegge gli utenti, ma semplifica anche il trasporto e la produzione (non è necessario un costoso raffreddamento o sistemi antincendio nei pacchi batteria).
⚡ Alta densità energetica e leggerezza: Entrambe le chimiche offrono il potenziale per un maggiore accumulo di energia per peso rispetto alle batterie attuali. Le batterie litio-zolfo, ad esempio, hanno raggiunto ~500 Wh/kg nei prototipi businessaviation.aero – circa il doppio delle migliori Li-ion, permettendo pacchi batteria molto più leggeri. Lyten riporta che le sue celle Li-S saranno fino al 40% più leggere delle Li-ion a parità di energia lyten.com. Theion punta a 3 volte la densità energetica delle Li-ion reuters.com. Per veicoli elettrici e aerei, questo potrebbe tradursi in maggiore autonomia o carico utile superiore a parità di peso della batteria. L’alluminio-aria è fuori scala per densità energetica (è stato usato per stabilire un record di 1.100 miglia di percorrenza EV con un solo “serbatoio” alluminio-aria qualche anno fa), anche se necessita di rifornimento. Anche le batterie alluminio-ione, pur avendo un’energia teorica inferiore rispetto alle Li-S, possono eccellere in densità di potenza – la cella di Stanford poteva caricarsi completamente in un minuto news.stanford.edu, suggerendo batterie che si ricaricano velocemente quanto un pieno di carburante. In breve, queste tecnologie potrebbero offrire sia molta più energia (per usi di lunga durata) sia velocità di scarica/ricarica molto più elevate rispetto alle Li-ion, o entrambe.
🔋 Potenziale di lunga durata dei cicli: Se ben progettate, le batterie alluminio e zolfo potrebbero durare quanto o più delle Li-ion. Gli anodi in alluminio metallico non formano lo stesso tipo di dendriti del litio (soprattutto con gli elettroliti giusti) news.mit.edu, quindi possono essere molto durevoli. La cella Al-ion di Stanford ha superato i 7.500 cicli (un ordine di grandezza oltre le Li-ion) news.stanford.edu. Le celle a zolfo storicamente avevano una scarsa durata dei cicli, ma i nuovi design (interstrati, stato solido, ecc.) stanno raggiungendo centinaia o migliaia di cicli con perdite minime anl.gov, nature.com. Per lo stoccaggio stazionario, una batteria che cicla in modo affidabile ogni giorno per oltre 10 anni è fondamentale, e gli sviluppatori di queste chimiche sono molto attenti alla stabilità.
♻️ Benefici ambientali ed etici: Poiché utilizzano materiali facilmente reperibili, queste batterie evitano i danni ambientali associati all’estrazione e alla lavorazione di metalli rari come cobalto, nichel e litio. C’è anche una riduzione della impronta di carbonio incorporata della batteria. Theion stima che le loro celle a batteria al zolfo emetteranno solo un terzo della CO₂ nella produzione rispetto alle celle agli ioni di litio reuters.com. Il zolfo è spesso un prodotto di scarto (milioni di tonnellate sono accumulate in depositi), quindi usarlo nelle batterie equivale essenzialmente a riciclare rifiuti industriali. Anche l’alluminio è altamente riciclabile – si potrebbe sfruttare un’infrastruttura globale di riciclo già esistente per recuperare facilmente l’alluminio dalle batterie esauste. Dal punto di vista etico, l’uso di zolfo e alluminio evita i problemi di lavoro minorile e diritti umani che hanno afflitto l’estrazione del cobalto. Tutti questi fattori significano che le batterie di nuova generazione potrebbero essere più sostenibili e socialmente responsabili durante tutto il loro ciclo di vita.
💡 Ricarica rapida e alta potenza: Alcuni progetti a base di alluminio/zolfo stanno dimostrando una capacità di ricarica ultra-rapida. Abbiamo menzionato la ricarica in 60 secondi nei test di laboratorio news.stanford.edu. Inoltre, le celle alluminio-zolfo in laboratorio hanno funzionato a tassi di carica molto elevati (ad esempio, carica a 1C o superiore a temperatura elevata con un’ottima ritenzione) nature.com. Le batterie alluminio-aria possono essere “ricaricate” istantaneamente sostituendo l’alluminio. Queste caratteristiche potrebbero alleviare una delle maggiori lamentele dei consumatori riguardo a veicoli elettrici e dispositivi – i lunghi tempi di ricarica – e fornire anche un’elevata potenza quando necessario (immagina utensili elettrici o veicoli elettrici con batterie alluminio che offrono una spinta potente senza cali di tensione).

È importante notare che non tutti questi vantaggi si applicano in egual misura a tutte le varianti (ad esempio, l’alluminio-aria offre grande energia ma non è ricaricabile elettricamente; l’alluminio-ione si ricarica velocemente ma ha una tensione più bassa; il Li-S è super leggero ma attualmente ha una durata di ciclo moderata). Tuttavia, la promessa complessiva delle batterie alluminio e zolfo è che possiamo ridurre drasticamente i costi e la dipendenza da materiali rari offrendo prestazioni uguali o migliori in aree chiave come sicurezza, energia e potenza.

Sfide e ostacoli tecnici

Se le batterie alluminio e zolfo sono così valide, perché non sono ancora ovunque? La verità è che queste tecnologie affrontano sfide significative che ricercatori e ingegneri stanno ancora cercando di superare:

Navetta dei polisolfuri e degradazione del catodo (Problemi dello zolfo): Nelle batterie al litio-zolfo e in altre batterie con catodo di zolfo, il noto problema della navetta dei polisolfuri è stato un vero ostacolo. Durante i cicli della batteria, lo zolfo attraversa stadi intermedi che possono dissolversi nell’elettrolita e migrare verso l’anodo, causando autoscarica, perdita di materiale attivo e persino reazioni dannose con l’anodo anl.gov. Questo porta a un rapido decadimento della capacità. Inoltre, i catodi di zolfo tendono a gonfiarsi e contrarsi in modo significativo (fino a circa l’80% di variazione di volume) mentre si trasformano in solfuro di litio e viceversa reuters.com. Questo “respiro” può polverizzare il catodo nel tempo o delaminarlo dai collettori di corrente. Sebbene nuove strategie (come l’aggiunta di interstrati protettivi anl.gov, l’uso di ospiti di carbonio nanostrutturati o elettroliti solidi) abbiano mitigato questi problemi, garantire che una batteria allo zolfo possa durare centinaia di cicli in condizioni reali rimane una sfida chiave.
Dendriti e problemi di placcatura (Anodi metallici): Gli anodi in alluminio metallico, come altri anodi metallici, possono formare dendriti (sottili filamenti conduttivi) durante la ricarica, che rischiano di causare cortocircuiti nella cella. In effetti, uno dei principali motivi per cui le batterie all’alluminio sono fallite a lungo è che nessuno riusciva a far ripetere in modo affidabile la placcatura/strippaggio dell’alluminio – spesso si formava un deposito “muschioso” o si disattivava formando un ossido superficiale. Gli elettroliti a base di liquidi ionici e sali fusi hanno contribuito notevolmente a “domare” questo problema (con un team che ha riportato che la loro batteria Al a sali fusi “non ha mai perso celle a causa di cortocircuiti da dendriti” nei test di ricarica rapida news.mit.edu). Tuttavia, se si utilizzasse un elettrolita più convenzionale, le dendriti o le reazioni collaterali con il rivestimento di ossido dell’alluminio potrebbero essere problematiche. Allo stesso modo, se si utilizza il litio metallico come anodo nelle batterie allo zolfo (comune nei progetti Li-S), sorgono dendriti di litio e problemi di sicurezza, soprattutto se si usano elettroliti liquidi. I ricercatori spesso abbinano Li-S a membrane protettive o design allo stato solido per prevenire le dendriti di litio.
Bassa Tensione Operativa ed Efficienza Energetica (Ione di Alluminio): Le batterie agli ioni di alluminio, in particolare quelle che utilizzano l’intercalazione (ad es. catodi in grafite), hanno tipicamente una tensione di cella inferiore rispetto alle batterie agli ioni di litio. La famosa cella agli ioni di alluminio di Stanford produceva circa 2,0 volt news.stanford.edu, mentre una cella agli ioni di litio ha una tensione nominale di circa 3,7 V. Ciò è in parte dovuto alla chimica dell’intercalazione di Al³⁺ e ai vincoli dell’elettrolita. Una tensione più bassa significa che sono necessarie più celle in serie (aumentando la complessità e qualche perdita di energia) per raggiungere la tensione desiderata del pacco batteria. C’è anche la questione degli ioni multivalenti come Al³⁺ che hanno una cinetica lenta nei solidi – muovere uno ione con carica +3 è più difficile rispetto a uno ione con carica +1 come Li⁺, quindi ottenere alta potenza può essere difficile a meno che non si aumenti la temperatura o si usino elettroliti speciali nature.com. Alcune batterie all’alluminio funzionano bene solo a temperature elevate (60–100 °C), il che potrebbe complicarne l’uso nell’elettronica di consumo (nessuno vuole una batteria costantemente calda nel telefono!). La buona notizia: le innovazioni negli elettroliti (come l’aggiunta di determinati sali o l’uso di nuove miscele) stanno migliorando la conduttività degli ioni di alluminio a temperature più basse nature.com.
Requisiti di Temperatura: Come già detto, diversi progetti a base di alluminio e sodio utilizzano elettroliti a sali fusi che devono essere mantenuti caldi. Ad esempio, la batteria alluminio-zolfo del MIT funziona in modo ottimale a circa 110 °C news.mit.edu, e anche la variante migliorata funziona a 85 °C nature.com. Sebbene queste temperature non siano elevatissime per gli standard industriali, significa che un pacco batteria avrebbe bisogno di isolamento e forse di un piccolo riscaldatore per rimanere nell’intervallo giusto. Questo va bene per lo stoccaggio stazionario (dove una batteria grande come un frigorifero può avere una gestione termica), ma è una sfida per le applicazioni portatili e i veicoli elettrici a meno che il calore non possa essere autosostenuto (la cella di Sadoway in realtà si auto-riscalda durante i cicli per mantenere la temperatura news.mit.edu). Il funzionamento ad alta temperatura richiede anche una sigillatura robusta e considerazioni di sicurezza (anche se il vantaggio è l’assenza di rischio di incendio). I ricercatori stanno lavorando per abbassare le temperature operative ed esplorano anche chimiche a temperatura ambiente sia per i sistemi a base di Al che di Na nature.com.
Infrastruttura di ricarica e “rifornimento” (Al-Air): Un aspetto unico delle batterie alluminio-aria (e di sistemi simili a metallo-aria) è che non sono ricaricabili semplicemente collegandole a un caricabatterie. È necessario sostituire o riciclare l’anodo di alluminio una volta esaurito. Questo richiede la creazione di un’intera infrastruttura per lo scambio di piastre o cartucce di alluminio, la raccolta di quelle esauste e il riciclo dell’alluminio (probabilmente tramite un processo di fusione alimentato da elettricità, “ricaricando” di fatto l’alluminio). Indian Oil e Phinergy stanno lavorando attivamente su questo ecosistema evreporter.com, ma si tratta di un paradigma diverso rispetto alle stazioni di servizio o di ricarica. Senza un supporto diffuso, l’alluminio-aria potrebbe rimanere di nicchia. Inoltre, il sottoprodotto dell’alluminio-aria (idrossido di alluminio) deve essere gestito – anche se può essere riciclato in nuovo alluminio o altri prodotti.
Aumento della produzione e integrazione: La tecnologia agli ioni di litio ha un vantaggio di 30 anni con una produzione su larga scala, catene di approvvigionamento ottimizzate e una forza lavoro ben addestrata. Qualsiasi nuova chimica per batterie deve affrontare l’ostacolo di passare dal laboratorio o dalla scala pilota a quella della gigafactory. Le batterie all’alluminio e zolfo potrebbero richiedere nuovi processi produttivi (ad esempio, la gestione di liquidi ionici sensibili all’umidità o elettroliti solidi, o nuovi design delle celle come gli elettrodi impilati di Theion). Scalare senza difetti e a basso costo non è banale. C’è anche la questione dell’integrazione – queste nuove batterie possono essere inserite nei dispositivi o veicoli esistenti, o richiedono nuovi progetti? Profili di tensione diversi, formati o condizioni operative potrebbero significare la necessità di riprogettare tutto, dai sistemi di gestione della batteria al telaio delle auto. Questi costi e incertezze di transizione possono rallentare l’adozione.
Stato attuale (prontezza tecnologica): Sebbene il 2024 e il 2025 abbiano visto grandi progressi (che evidenzieremo a breve), molte tecnologie di batterie all’alluminio e zolfo sono ancora nella fase di prototipo o di avvio commerciale. Nessuna ha ancora visto il tipo di diffusione di massa di cui godono le batterie agli ioni di litio. Ad esempio, le celle litio-zolfo stanno appena entrando in mercati limitati come droni e satelliti, dove la loro breve durata può essere tollerata o mitigata. Alluminio-zolfo e alluminio-ione sono nella fase dimostrativa e di scale-up; nessuna auto elettrica o rete elettrica ne ha ancora una grande in pieno servizio. Questo significa che esiste ancora il rischio che emergano problemi imprevisti nell’uso reale (si pensi a come le Li-ion hanno avuto incidenti di runaway termico agli inizi). Ci vorranno tempo, investimenti e probabilmente alcune iterazioni prima che queste tecnologie siano affidabili quanto quelle attuali. Una nota scettica: anche le batterie agli ioni di litio migliorano ogni anno – con nuove chimiche come litio-ferro-fosfato (LFP) e litio-metallo a stato solido all’orizzonte – quindi le batterie all’alluminio e zolfo devono non solo funzionare, ma competere con una tecnologia in continuo miglioramento.

In sintesi, le batterie alluminio-zolfo hanno un enorme potenziale ma presentano anche ostacoli unici. I ricercatori ammettono apertamente che è necessario ancora molto lavoro; come ha scritto un team nel 2022, nonostante i progressi, “Le batterie Al–S hanno storicamente sofferto di una scarsa capacità di carica e stabilità ciclica”, richiedendo un’innovazione continua negli elettroliti e negli elettrodi nature.com. Superare queste sfide è esattamente ciò su cui molti laboratori e startup si stanno concentrando in questo momento.

Chi guida la carica? I principali attori nello sviluppo

Questo campo entusiasmante vede una combinazione di laboratori accademici, startup e giganti dell’industria che spingono oltre i limiti. Ecco alcuni dei protagonisti più importanti e cosa stanno facendo:

Massachusetts Institute of Technology (MIT) & Avanti: Il MIT è stato un punto di riferimento per la ricerca innovativa sulle batterie. Il gruppo del Professor Donald Sadoway al MIT ha guidato il concetto di batteria alluminio-zolfo. Dopo aver pubblicato i risultati rivoluzionari su Nature nel 2022, Sadoway ha co-fondato Avanti per commercializzare la tecnologia news.mit.edu. L’obiettivo di Avanti è aumentare la produzione di celle alluminio-zolfo per lo stoccaggio stazionario e oltre. Sadoway è famoso anche per aver co-fondato Ambri, un’azienda che commercializza batterie a metallo liquido (utilizzando chimiche diverse come calcio e antimonio). Ambri punta allo stoccaggio su scala di rete e, secondo quanto riportato, stava implementando sistemi nel 2024 youtube.com. Tra Ambri e Avanti, le innovazioni di Sadoway potrebbero coprire batterie di grandi dimensioni per le utility fino a batterie di scala più piccola per edifici o stazioni di ricarica per veicoli elettrici news.mit.edu. L’influenza del MIT non si ferma qui: i suoi ricercatori stanno anche esplorando il litio-zolfo in vari progetti, e l’istituto collabora spesso con laboratori nazionali e aziende su tecnologie di batterie all’avanguardia.
Università di Stanford & SLAC: Stanford ha attirato presto l’attenzione sulle batterie agli ioni di alluminio (il prototipo Al-ion a ricarica rapida del 2015 news.stanford.edu). Quel lavoro, guidato dal Prof. Hongjie Dai, ha dimostrato che un semplice catodo di grafite poteva rendere possibile una batteria ricaricabile all’alluminio. Stanford continua a fare ricerca sulle batterie; ad esempio, SLAC (il Laboratorio di Acceleratori Lineari di Stanford) ha studiato catodi innovativi per batterie all’alluminio come i solfuri metallici nature.com, e ha indagato la chimica interfaciale per migliorare i cicli di carica/scarica. Sebbene la scoperta di Stanford del 2015 non si sia ancora trasformata in un prodotto commerciale, ha dimostrato la fattibilità ed è stata citata in molti studi successivi. Ha anche sottolineato l’etica di Stanford della ricerca aperta che porta all’adozione industriale (alcuni ex studenti di Stanford nel campo delle batterie si sono uniti a startup o ne hanno fondate di proprie nella scena delle startup di batterie della Bay Area).
Graphene Manufacturing Group (GMG) & Università del Queensland: In Australia, GMG (in collaborazione con l’Università del Queensland) ha sviluppato una Batteria agli Ioni di Alluminio e Grafene. Hanno riportato prestazioni impressionanti in prototipi a bottone – con ricarica estremamente rapida e lunga durata dei cicli – utilizzando il grafene (una forma di carbonio) come materiale catodico in una configurazione agli ioni di alluminio batteriesnews.com. GMG punta a scalare la propria tecnologia verso celle a sacchetto adatte all’elettronica di consumo o ai veicoli elettrici, e alla fine del 2022 avevano in corso un programma di sviluppo e una linea pilota di produzione graphenemg.com. Il loro approccio sottolinea la sinergia dei nano-materiali (grafene) con nuove chimiche come gli ioni di alluminio per ottenere risultati migliori.
Phinergy e Indian Oil (IOC): Phinergy è una startup israeliana che è stata una pioniera nelle batterie alluminio-aria per oltre un decennio. Nel 2014 hanno fatto notizia alimentando un’auto dimostrativa per 1.100 miglia utilizzando l’alluminio-aria, e da allora si sono concentrati su prodotti reali per l’alimentazione di backup e l’estensione dell’autonomia dei veicoli elettrici. Phinergy ha stretto una partnership con Indian Oil Corporation per formare una joint venture (IOC Phinergy) che sta portando la tecnologia alluminio-aria sul mercato indiano – potenzialmente enorme per un paese desideroso di trovare alternative al petrolio e sfruttare la propria industria dell’alluminio. All’inizio del 2023, IOC Phinergy ha presentato il primo veicolo indiano alimentato ad alluminio-aria e stava predisponendo l’infrastruttura per la produzione e il riciclo delle piastre alcircle.com. Anche il governo indiano ha mostrato interesse, poiché l’alluminio-aria potrebbe ridurre la dipendenza dal litio importato. La tecnologia di Phinergy è già utilizzata commercialmente come backup per torri di telecomunicazione (sostituendo i generatori diesel con sistemi alluminio-aria a zero emissioni) evreporter.com, e stanno collaborando con case automobilistiche come Mahindra per l’integrazione nei veicoli (ad esempio flotte di prova di risciò e autobus elettrici che usano l’alluminio-aria per estendere l’autonomia) evreporter.com. Il progresso di Phinergy è cruciale perché è una delle prime aziende a portare una batteria a base di alluminio fuori dal laboratorio e nelle applicazioni pratiche sul campo.
Lyten: Lyten è una startup della Silicon Valley (con sede a San Jose, California) che è rimasta in modalità stealth per diversi anni sviluppando una batteria al litio-zolfo migliorata con un materiale proprietario di grafene 3D. Recentemente è emersa con grandi novità: nell’ottobre 2024, Lyten ha annunciato l’intenzione di costruire la prima gigafactory di batterie al litio-zolfo al mondo in Nevada, con un investimento di oltre 1 miliardo di dollari lyten.com l. L’impianto dovrebbe produrre annualmente 10 GWh di batterie Li-S entro il 2027 lyten.com. Questa mossa audace indica fiducia nel fatto che la loro tecnologia sia quasi pronta per la produzione di massa. I mercati iniziali di riferimento di Lyten non sono le auto elettriche passeggeri, ma micromobilità, aerospaziale, droni e difesa nel 2024–2025 lyten.com – settori in cui l’elevata densità energetica delle Li-S offre un vantaggio decisivo e dove una durata di ciclo leggermente inferiore può essere accettabile. L’azienda sottolinea la leggerezza e l’assenza di minerali di conflitto delle sue batterie, e infatti le loro celle utilizzano anodi in litio metallico e catodi in composito zolfo-carbonio, evitando nichel, cobalto, ecc. lyten.com. Il CEO di Lyten, Dan Cook, ha dichiarato “Il litio-zolfo è un salto nella tecnologia delle batterie, offrendo una batteria ad alta densità energetica e peso ridotto costruita con materiali locali abbondantemente disponibili” lyten.com. Hanno persino prodotto internamente celle pilota dal 2023 per testare e perfezionare il processo produttivo lyten.com. Se la gigafactory di Lyten avrà successo, potrebbe essere un punto di svolta – le prime batterie Li-S commerciali prodotte su larga scala, potenzialmente per l’uso in aerei elettrici di nuova generazione o camion elettrici a lunga percorrenza dove ogni chilo conta.
Theion: Theion è una startup con sede a Berlino, Germania, che si concentra sulle batterie al litio-zolfo con una particolarità: utilizza zolfo cristallino ed elettrodi speciali per migliorare la stabilità. Nel marzo 2025, Theion ha raccolto 15 milioni di euro in un round di finanziamento Series A per aumentare la produzione delle loro celle batteria reuters.com. Theion afferma che le sue celle possono triplicare la densità energetica delle batterie agli ioni di litio riducendo i costi a un terzo, come menzionato in precedenza reuters.com. Avrebbero risolto problemi chiave pre-espandendo il catodo per accogliere l’espansione dello zolfo e mantenendo lo zolfo in una forma cristallina meno reattiva con gli elettroliti reuters.com. L’amministratore delegato Ulrich Ehmes ha dichiarato che la loro tecnologia potrebbe essere utilizzata in veicoli elettrici, “taxi volanti” o accumulo di energia, e potenzialmente essere presente nelle auto entro la fine degli anni 2020 reuters.com. L’approccio di Theion ha attirato attenzione perché non si basa su materiali esotici: sottolineano che le loro batterie “respirano” meno e non si corrodono come le precedenti Li-S. Il finanziamento li aiuterà a sviluppare celle pouch più grandi e a superare i prototipi a bottone reuters.com. L’interesse della Germania per le batterie allo zolfo si allinea anche con la spinta europea verso tecnologie di batterie sostenibili e prodotte localmente.
Argonne National Laboratory & U.S. DOE: Nel settore della ricerca pubblica, Argonne (insieme ad altri laboratori del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti come Oak Ridge e Pacific Northwest) sta attivamente studiando le batterie allo zolfo. Abbiamo discusso del risultato di Argonne nella progettazione di interstrati per celle Li-S anl.gov. Stanno anche esplorando batterie allo zolfo allo stato solido in collaborazione con la NASA per l’aviazione. Il Vehicle Technologies Office del DOE ha finanziato diversi progetti su Li-S, Mg-S e persino Li-Air e Al-Air, riconoscendo l’importanza strategica delle chimiche di nuova generazione. I laboratori nazionali spesso collaborano con le università (ad esempio, Argonne ha lavorato con un team che includeva l’Università dell’Illinois sugli interstrati di zolfo) e condividono risultati su cui le startup possono costruire. Ad esempio, gran parte della comprensione del comportamento dei polisolfuri e della caratterizzazione avanzata (utilizzando strumenti come l’Advanced Photon Source di Argonne per l’analisi a raggi X delle batterie anl.gov) proviene da questi laboratori.
Altri nomi di rilievo: Università come la Monash University (Australia) hanno fatto notizia nel 2020 con una batteria Li-S che avrebbe potuto alimentare uno smartphone per cinque giorni e ha mostrato un’eccellente stabilità grazie a un nuovo legante e design dell’elettrodo advancedsciencenews.com. Da allora Monash ha lavorato anche su Li-S a ricarica rapida, puntando ad applicazioni nell’aviazione elettrica monash.edu. Nel Regno Unito, la ormai defunta Oxis Energy è stata una pioniera nel campo Li-S; prima della sua chiusura nel 2021, Oxis aveva sviluppato celle Li-S vicine a 400 Wh/kg e stava collaborando con produttori di aerei. La sua proprietà intellettuale è stata acquisita da altre entità, probabilmente influenzando nuovi progetti. Il mondo accademico e industriale cinese è estremamente attivo – istituzioni come l’Accademia Cinese delle Scienze, la Wuhan University of Technology (che ha co-firmato l’articolo di Sadoway sull’Al-S news.mit.edu), e aziende come CATL stanno esplorando le chimiche dello zolfo e dell’alluminio, anche se i dettagli sono talvolta mantenuti riservati. Anche il Battery Day di Tesla nel 2020 ha lasciato intendere un interesse per lo zolfo (Elon Musk ha scherzato sul fatto che Tesla stesse ricercando “litio e zolfo” senza approfondire, forse per progetti a lungo termine). Infine, NASA e Boeing stanno valutando il Li-S per gli aerei: il progetto SABERS della NASA ha una batteria a zolfo multistrato che ha raggiunto i 500 Wh/kg, il che potrebbe abilitare aerei elettrici o droni avanzati businessaviation.aero.

È chiaro che un ecosistema globale di innovatori sta spingendo avanti le batterie all’alluminio e zolfo – da startup intraprendenti a rinomati laboratori nazionali. I prossimi anni (2025–2030) vedranno probabilmente alcuni di questi sforzi concretizzarsi in prodotti reali e progetti pilota.

Scoperte e innovazioni recenti (2024–2025)

Il periodo dal 2024 al 2025 è stato particolarmente entusiasmante per gli sviluppi delle batterie all’alluminio e zolfo, con diverse scoperte degne di nota:

Gen 2024 – Alluminio-Zolfo a 85 °C (Nature Communications): I ricercatori hanno dimostrato una nuova batteria alluminio-zolfo che funziona a 85 °C con un elettrolita di sale fuso quaternario, pubblicata su Nature Communications nature.com. Questa batteria ha mostrato una capacità di ricarica rapida e una sorprendente longevità: ha mantenuto l’85,4% della sua capacità dopo 1.400 cicli a una velocità di carica di 1C nature.com. Importante, 85 °C rappresenta un grande miglioramento rispetto alle precedenti batterie a sale fuso che richiedevano 110–180 °C nature.com. Il team ha ottenuto questo risultato formulando una miscela speciale di sali (cloroaluminati alcalini) con un basso punto di fusione, che ha anche facilitato il rapido movimento degli ioni di alluminio nature.com. Hanno inoltre utilizzato un catodo in carbonio poroso drogato con azoto che ha aiutato le reazioni dello zolfo a procedere rapidamente nature.com. Questo risultato è significativo perché indica la possibilità di batterie di rete pratiche e a basso costo che potrebbero funzionare con un semplice riscaldamento (anche solo acqua calda come fonte di calore, come notano gli autori nature.com) e offrire una ricarica rapida senza degradazione. È un passo verso la realizzazione di un concetto di batteria Al-S del MIT più user-friendly e mobile.
Ott 2024 – Lyten annuncia la Gigafactory Li-S: L’annuncio di Lyten di una gigafactory di batterie litio-zolfo in Nevada è stato un titolo importante per il settore alla fine del 2024 lyten.com. Si prevede che sarà la prima al mondo gigafactory dedicata alle celle Li-S, con l’obiettivo di una produzione di 10 GWh/anno entro il 2027 lyten.com. Ancora più sorprendente è stato il fatto che Lyten abbia dichiarato che le sue batterie Li-S stanno già entrando in mercati selezionati nel 2024 e 2025 – in particolare, hanno clienti nei settori della micromobilità (e-bike, monopattini), aerospaziale (forse satelliti o droni ad alta quota), droni e applicazioni per la difesa che utilizzano le loro batterie lyten.com. Questo suggerisce che Lyten è passata dai prototipi di laboratorio alla produzione pilota e all’uso effettivo sul campo in queste nicchie. La decisione di costruire una grande fabbrica indica fiducia nella possibilità di scalare la tecnologia e nella concretizzazione della domanda. È anche un grande segnale per l’industria delle batterie e per gli investitori che il litio-zolfo si sta avvicinando alla maturità commerciale. Potremmo presto vedere prodotti che vantano “batteria Li-S all’interno”, almeno in applicazioni di fascia alta o specializzate, come risultato di ciò.
Mar 2025 – Theion raccoglie fondi, dichiara 3× energia: Nel marzo 2025, Reuters ha riportato che Theion ha raccolto 15 milioni di euro per aumentare la produzione della sua batteria al zolfo, che “immagazzina più energia ma costa molto meno delle batterie convenzionali agli ioni di litio.” reuters.com Theion ha rivelato pubblicamente parte della sua strategia tecnica, affermando che le loro celle hanno una densità energetica tre volte superiore rispetto alle Li-ion, a un terzo del costo e un terzo delle emissioni di CO₂, come menzionato in precedenza reuters.com. Hanno affrontato le principali preoccupazioni dichiarando che evitano la rapida corrosione utilizzando zolfo cristallino e gestiscono l’espansione pre-espandendo la struttura del catodo reuters.com. Il finanziamento li aiuterà a passare dalle coin cell a celle pouch più grandi (adatte per veicoli elettrici o aerei) reuters.com. Questo sviluppo ricorda che non solo una ma diverse startup (Lyten, Theion, altre) stanno raggiungendo traguardi e attirando investimenti, aumentando le probabilità che almeno una abbia successo commerciale. È un po’ come i primi giorni delle batterie agli ioni di litio, quando più aziende e paesi erano in gara – qui abbiamo attori statunitensi ed europei che spingono le batterie al zolfo contemporaneamente.
2023 – 2024 – Risolvere il puzzle della vita del ciclo dello zolfo: Nel corso del 2023 e fino al 2024, diversi gruppi di ricerca hanno pubblicato progressi nell’estensione della durata del ciclo delle batterie al zolfo. Un punto saliente è stato lo studio guidato da Argonne (pubblicato ad agosto 2022 su Nature Communications) che ha dimostrato che un interstrato redox-attivo può migliorare notevolmente la stabilità delle batterie Li-S anl.gov. All’inizio del 2023, hanno riferito che questo approccio produce celle che mantengono un’elevata capacità per centinaia di cicli anl.gov, avvicinando le Li-S alla fattibilità per l’uso quotidiano. A metà 2024, un altro team ha riportato una batteria Li-S pieghevole e flessibile utilizzando un catodo speciale di solfuro di ferro che poteva persino resistere al taglio senza guastarsi acs.org – una soluzione innovativa per l’elettronica indossabile o flessibile che utilizza Li-S. Queste innovazioni incrementali sono importanti: affrontano uno per uno i problemi pratici (come la gestione dei polisolfuri, le sollecitazioni meccaniche, ecc.). Ogni miglioramento avvicina le celle Li-S a soddisfare le rigorose esigenze dell’elettronica e dei veicoli commerciali.
2024 – R&S sulle batterie all’alluminio in forte crescita: Sul fronte dell’alluminio, anche la fine del 2024 ha visto ricerche interessanti. Gli scienziati hanno esplorato nuovi materiali di catodo per batterie agli ioni di alluminio, come il solfuro di cobalto, per ottenere una capacità maggiore e una migliore comprensione dei meccanismi di accumulo della carica nature.com. Esiste un crescente corpus di lavori sulle batterie “multivalenti” (inclusi Al, Mg, Zn) che spesso condividono sfide e scoperte – ad esempio, elettroliti migliorati che aiutano un sistema possono talvolta essere applicati ad un altro advanced.onlinelibrary.wiley.com. Vediamo anche paesi come l’India investire nella tecnologia delle batterie all’alluminio, non solo tramite l’alluminio-aria di Phinergy ma anche nella ricerca accademica per creare una batteria ricaricabile all’alluminio adatta alle condizioni indiane (con il governo che finanzia progetti nell’ambito della sua missione nazionale per l’accumulo di energia). Sebbene queste non abbiano ancora fatto notizia a livello globale, contribuiscono a un slancio che si sta costruendo attorno alle batterie all’alluminio in tutto il mondo.
Segnali di politica e di mercato: Le storie di svolta non sono solo tecniche. Nel 2024–2025, stiamo assistendo a forti segnali di mercato a sostegno di queste nuove batterie. L’Inflation Reduction Act (IRA) del governo degli Stati Uniti e altre politiche incoraggiano le filiere domestiche delle batterie – il che favorisce le chimiche che possono essere prodotte con materiali di provenienza locale come lo zolfo (gli Stati Uniti producono molto zolfo dalla raffinazione del petrolio) e l’alluminio. La gigafactory di Lyten in Nevada e l’interesse del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti per batterie Li-S leggere per soldati o satelliti sono risultati di questi incentivi lyten.com. In Europa, la spinta verso la sostenibilità rende una batteria senza cobalto e senza nichel molto attraente, da qui i finanziamenti dell’UE per progetti come Theion e altri. Anche in Cina, dove la produzione di batterie agli ioni di litio domina, ci sono stati programmi statali a sostegno delle batterie “di nuova generazione” (ad esempio, CATL starebbe lavorando su una batteria ibrida sodio-ione + zolfo per il lancio intorno al 2023/24 nello stoccaggio stazionario). Tutte queste tendenze indicano che il momento è propizio per le batterie all’alluminio e zolfo – il mondo è alla ricerca di soluzioni e la tecnologia sta raggiungendo questi bisogni.

In sostanza, gli ultimi due anni hanno trasformato le batterie all’alluminio e zolfo da una curiosità di nicchia da laboratorio a seri contendenti per il futuro dell’accumulo di energia. Come ha detto giustamente uno scienziato, “Siamo un passo più vicini a vedere questa tecnologia nella nostra vita quotidiana.” anl.gov Questo progresso passo dopo passo è esattamente ciò che sta accadendo ora, e il prossimo passo sarà una più ampia commercializzazione e la scalabilità di queste innovazioni.

Applicazioni potenziali e impatto su energia pulita e veicoli elettrici

L’ascesa delle batterie all’alluminio e zolfo potrebbe avere un impatto su un’ampia gamma di settori. Ecco alcune delle applicazioni più promettenti e le loro implicazioni:

🏠 Accumulo di energia rinnovabile (rete e casa): Forse l’impatto più grande a breve termine sarà nell’accumulo di energia stazionario per l’energia pulita. Una delle grandi sfide dell’energia rinnovabile (solare, eolica) è l’intermittenza: il sole e il vento non sono disponibili 24/7, quindi servono batterie enormi ed economiche per immagazzinare energia quando non vengono prodotti. Le batterie agli ioni di litio hanno iniziato a essere utilizzate per l’accumulo di rete, ma sono ancora relativamente costose e dipendenti da materiali importati. Le batterie alluminio-zolfo e sodio-zolfo, con i loro componenti estremamente economici, potrebbero ridurre drasticamente il costo di immagazzinamento di un kilowattora. Sadoway del MIT ha specificamente puntato alla scala domestica e di quartiere con la sua batteria Al-S – “della dimensione necessaria per alimentare una singola casa o una piccola/media impresa” (dell’ordine di decine di kWh) news.mit.edu. Tali batterie permetterebbero ai proprietari di case con pannelli solari sul tetto di immagazzinare l’energia diurna per l’uso notturno a basso costo, o alle piccole imprese di avere energia di backup senza un generatore diesel. Su scala più ampia, le aziende di servizi pubblici potrebbero installare enormi banchi di batterie a base di alluminio o sodio-zolfo per stabilizzare la produzione rinnovabile. Il team dell’Università di Sydney ha osservato che la loro batteria Na-S a basso costo potrebbe “ridurre significativamente il costo della transizione verso un’economia decarbonizzata” offrendo uno stoccaggio accessibile sydney.edu.au. Nei luoghi privi della geografia adatta per l’accumulo idroelettrico a pompaggio, queste soluzioni elettrochimiche sono fondamentali. Inoltre, poiché queste nuove batterie non sono infiammabili (importante per la sicurezza della comunità) e utilizzano materiali abbondanti, possono essere prodotte e installate localmente in molte regioni – aumentando la sicurezza energetica. In generale, la diffusione su larga scala di batterie stazionarie alluminio/zolfo consentirebbe una maggiore penetrazione delle energie rinnovabili, ridurrebbe il curtailment (energia solare/eolica sprecata per mancanza di accumulo) e aiuterebbe a stabilizzare la rete con energia pulita e programmabile.
🚗 Veicoli elettrici (EV): Batterie più leggere e ad alta densità energetica sono il sacro Graal per gli EV e persino per l’aviazione elettrica. Le batterie litio-zolfo sono particolarmente interessanti in questo ambito. Un pacco Li-S potrebbe estendere in modo significativo l’autonomia di un EV senza aggiungere peso – o, al contrario, permettere la stessa autonomia con una batteria molto più leggera, migliorando l’efficienza. Ad esempio, se oggi un EV necessita di una batteria agli ioni di litio da 600 kg per 300 miglia di autonomia, una batteria Li-S con una densità energetica doppia potrebbe raggiungere lo stesso risultato con ~300 kg, riducendo notevolmente il peso del veicolo. Questo migliora accelerazione, maneggevolezza e riduce l’energia consumata per miglio. Potrebbe anche rendere camion e autobus elettrici più praticabili liberando peso per il carico utile. Aziende come Oxis Energy (prima della chiusura) e Sion Power hanno collaborato con partner aerospaziali e automobilistici su prototipi di pacchi Li-S per aerei a lungo raggio ed EV. In effetti, le prime celle Li-S di Sion Power hanno alimentato un High Altitude Pseudo-Satellite (un aereo solare senza pilota) che ha battuto record di durata di volo negli anni 2010. Più recentemente, NASA e Airbus hanno considerato le Li-S come uno dei pochi modi per raggiungere i 500 Wh/kg necessari per aerei passeggeri elettrici pratici businessaviation.aero – il successo del loro progetto SABERS fa intravedere all’orizzonte aerei regionali elettrici con batterie al zolfo. Anche taxi volanti elettrici e droni ne trarrebbero vantaggio; Theion ha esplicitamente menzionato i veicoli volanti come obiettivo reuters.com. Oltre alle Li-S, anche le batterie alluminio-aria hanno un ruolo negli EV: potrebbero servire come modulo range-extender da attivare per i viaggi lunghi. Immagina un EV con una piccola batteria agli ioni di litio per il pendolarismo quotidiano e una “batteria ausiliaria” alluminio-aria che ricarichi (sostituendo l’alluminio) solo quando affronti un viaggio di 1.000 km. Architetture ibride di questo tipo sono allo studio in progetti di Indian Oil/Phinergy e altri. Va sottolineato che gli EV mainstream non passeranno a una chimica completamente nuova dall’oggi al domani – sicurezza, durata e ricarica rapida devono essere dimostrate – ma verso la fine degli anni 2020 è plausibile che modelli di fascia alta o veicoli speciali possano adottare batterie di nuova generazione. Se ciò accadrà, le prestazioni degli EV potrebbero raggiungere nuovi livelli (autonomie oltre 500 miglia, ricarica molto rapida, auto più leggere) e ridurre la dipendenza da minerali critici, consentendo così un’adozione degli EV su larga scala senza colli di bottiglia nelle risorse.
📱 Elettronica portatile e dispositivi indossabili: Anche il tuo futuro smartphone o laptop potrebbe beneficiare di batterie al zolfo o alluminio, anche se queste applicazioni richiedono una lunga durata dei cicli e una bassa autoscarica (aree in cui attualmente le batterie agli ioni di litio eccellono). Una batteria al litio-zolfo potrebbe far funzionare il tuo telefono per giorni tra una ricarica e l’altra – ricorda il concept dell’Università Monash di un telefono che dura 5 giorni con una batteria Li-S advancedsciencenews.com. Il risparmio di peso è meno critico per un telefono, ma la densità energetica è fondamentale. Una sfida qui è che i dispositivi di consumo si aspettano centinaia di cicli e anni di durata; le batterie Li-S avranno bisogno di ulteriori perfezionamenti per raggiungere questo obiettivo. Tuttavia, potremmo vedere gadget di nicchia o dispositivi indossabili adottarli se offrono vantaggi in termini di forma. Le batterie alluminio, specialmente i design flessibili come quello di Stanford, potrebbero permettere dispositivi pieghevoli o arrotolabili. Ad esempio, una batteria agli ioni di alluminio flessibile potrebbe essere integrata nel cinturino di uno smartwatch o in abbigliamento intelligente. Inoltre, poiché le batterie Al-ion possono essere rese molto sicure (nessun rischio di incendio), potrebbero essere integrate nei dispositivi senza ingombranti involucri protettivi, forse permettendo anche un design industriale più creativo. Queste sono ipotesi, ma con il miglioramento della produzione, l’elettronica di consumo potrebbe diventare un mercato importante (lo è stato per la crescita iniziale delle batterie agli ioni di litio negli anni ’90, dopotutto).
⚡ Infrastruttura di ricarica rapida: Un’applicazione meno ovvia ma importante è l’uso di queste nuove batterie per facilitare la ricarica rapida dei veicoli elettrici e stabilizzare la rete elettrica. Come ha sottolineato il Professor Sadoway, se molte auto elettriche cercano di ricaricarsi contemporaneamente (come più auto in un’area di sosta autostradale), la domanda di energia supera ciò che la rete può facilmente fornire news.mit.edu. Invece di potenziare le linee elettriche, installare un buffer di batterie nelle stazioni di ricarica è più intelligente – la batteria si carica lentamente dalla rete e poi scarica rapidamente energia nelle auto quando serve. Per queste batterie tampone, il costo e la sicurezza sono fondamentali, mentre il peso è meno rilevante. Questo rende le batterie alluminio-zolfo o sodio-zolfo candidate ideali. Rimangono in loco, immagazzinano energia a basso costo, non prendono fuoco e possono rilasciare la carica rapidamente. Sadoway ha specificamente menzionato che i sistemi Al-S potrebbero “eliminare la necessità di installare costose nuove linee elettriche” per gruppi di caricatori rapidi news.mit.edu. In sostanza, queste batterie possono agire come ammortizzatori per la rete elettrica, assorbendo energia in eccesso e rilasciandola su richiesta, sia per i picchi di ricarica dei veicoli elettrici sia per bilanciare le fluttuazioni della produzione da fonti rinnovabili.
🏭 Backup Industriale e Commerciale: Così come le torri di telecomunicazione stanno utilizzando batterie alluminio-aria per l’alimentazione di backup, anche altre industrie e strutture commerciali potrebbero usare batterie alluminio o zolfo per garantire affidabilità e ridurre la dipendenza dai generatori diesel. I data center, ad esempio, desiderano batterie sicure, con lunga durata in standby e convenienti su larga scala – si può immaginare sale batterie sodio-zolfo che sostituiscono le attuali batterie al litio o piombo-acido usate per gli UPS (gruppi di continuità). In siti remoti o off-grid, batterie economiche che non necessitano di sostituzioni frequenti sono estremamente preziose (meno interventi di manutenzione). Le batterie alluminio-zolfo, previste come molto economiche per kWh, potrebbero abilitare microreti in comunità rurali o insulari, abbinate a solare/eolico, per fornire energia 24/7 senza costi proibitivi.
🚀 Aerospaziale e Difesa: Le alte prestazioni di queste batterie sono naturalmente attraenti per applicazioni aerospaziali e di difesa. Come già detto, satelliti e droni ad alta quota (pseudo-satelliti) hanno utilizzato con successo batterie Li-S grazie al loro peso ridotto e alle buone prestazioni a basse temperature (le batterie spaziali spesso lavorano a freddo). L’esercito statunitense è interessato a batterie più leggere per i soldati (per ridurre il peso di molti pacchi Li-ion) – una batteria allo zolfo potrebbe alleggerire notevolmente quel carico. Inoltre, poiché le batterie allo zolfo non contengono composti che rilasciano ossigeno (a differenza delle Li-ion che possono rilasciare O₂ in caso di fuga termica), potrebbero essere più sicure in ambienti chiusi come sottomarini o veicoli spaziali. Le batterie alluminio-aria potrebbero servire come fonte di energia subacquea per sottomarini senza equipaggio a lunga autonomia, dove il rifornimento di alluminio è fattibile. Il settore della difesa spesso agisce come early adopter per tecnologie all’avanguardia che poi si diffondono, quindi il loro investimento nelle batterie alluminio e zolfo può accelerare lo sviluppo. Infatti, i primi accordi di Lyten nel 2024–25 con i mercati spaziale, droni e difesa suggeriscono che i contratti della difesa stanno aiutando a dimostrare la tecnologia lyten.com prima di un uso più ampio da parte dei consumatori.

In tutte queste applicazioni, l’impatto principale è permettere alla transizione verso l’energia pulita di procedere più velocemente e più lontano. Riducendo drasticamente i costi delle batterie e liberandoci dai vincoli della catena di approvvigionamento del litio, le batterie alluminio e zolfo potrebbero rendere i veicoli elettrici accessibili a più persone (fondamentale per decarbonizzare i trasporti), rendere l’energia rinnovabile più affidabile e diffusa (fondamentale per decarbonizzare l’elettricità), e persino creare nuove possibilità come il volo elettrico. Offrono anche benefici ambientali nell’uso: ad esempio, sostituire i generatori diesel di backup con batterie alluminio-aria o sodio-zolfo riduce l’inquinamento locale e le emissioni di CO₂. Se la tecnologia manterrà le sue promesse, il mondo potrebbe vedere auto elettriche più economiche, reti pulite più resilienti e una riduzione dell’estrazione di metalli rari – un circolo virtuoso sia per l’economia che per l’ambiente.

Implicazioni Economiche e Ambientali

Da una prospettiva economica, le batterie all’alluminio e zolfo potrebbero essere dirompenti nel miglior modo possibile: abbassando il costo dell’accumulo di energia e diversificando la catena di approvvigionamento. Una batteria rappresenta una parte significativa del costo di un veicolo elettrico o di un sistema di energia rinnovabile, quindi batterie più economiche significano prodotti più economici e un’adozione più rapida. Gli analisti hanno osservato che materiali come alluminio e zolfo costano una frazione minima rispetto a litio, nichel o cobalto. Ad esempio, una stima ha valutato che il costo dei materiali delle celle alluminio-zolfo è solo circa il 15% di una cella equivalente agli ioni di litio news.mit.edu. Se questi risparmi si traducessero nella produzione, potremmo vedere i prezzi delle batterie (per kWh) scendere ben al di sotto dell’attuale curva di apprendimento delle batterie agli ioni di litio. L’accumulo a basso costo potrebbe quindi stimolare la crescita economica abilitando nuovi modelli di business (come più impianti solari, progetti di accumulo comunitario, ecc.) e riducendo i costi energetici per i consumatori (immagina di caricare la batteria di casa ogni pomeriggio con il solare e non pagare mai le tariffe di punta della rete elettrica).

C’è anche una dimensione geopolitica: la produzione di batterie agli ioni di litio oggi è fortemente concentrata (con la Cina che domina la produzione di celle e paesi come la RDC che forniscono minerali chiave). L’alluminio, invece, viene fuso in tutto il mondo (e il riciclo fornisce anche una fonte locale), e lo zolfo è ubiquo. Molti paesi che non dispongono di risorse di litio hanno invece industrie dell’alluminio robuste (ad esempio l’India, come abbiamo visto con IOC Phinergy). Quindi le batterie a base di alluminio potrebbero permettere a più nazioni di costruire industrie nazionali di batterie senza dipendere dall’importazione di litio o cobalto. Questa diversificazione potrebbe ridurre i rischi della catena di approvvigionamento globale e rendere la transizione verso la mobilità elettrica e le energie rinnovabili più resiliente contro carenze o instabilità politica. In Nevada, la fabbrica Lyten pianificata è un esempio: utilizza zolfo di provenienza statunitense e assembla batterie a livello nazionale lyten.com, in linea con le politiche di rilocalizzazione della produzione di batterie e creazione di posti di lavoro locali (prevedono 1.000 posti di lavoro a pieno regime solo in quella fabbrica lyten.com).

Sul fronte ambientale, queste batterie offrono molteplici vantaggi:

Impronta di carbonio inferiore: La produzione di batterie è ad alta intensità energetica, ma le batterie a zolfo e alluminio possono essere realizzate con processi meno esotici. La raffinazione di cobalto e nichel è particolarmente ad alta emissione di carbonio. Eliminandoli, i produttori possono ridurre le emissioni di CO₂ per kWh di batteria. Theion ha dichiarato una riduzione di 2/3 dell’impronta di carbonio per le loro batterie al zolfo rispetto alle Li-ion reuters.com. Inoltre, lo zolfo può essere ottenuto come prodotto di scarto (praticamente a costo di carbonio aggiuntivo nullo), e il riciclo dell’alluminio utilizza solo circa il 5% dell’energia necessaria per la produzione primaria di alluminio – quindi usare alluminio riciclato nelle batterie ridurrebbe notevolmente l’energia incorporata.
Riciclo e fine vita: L’alluminio è già uno dei materiali più riciclati (basta pensare alle lattine di alluminio). Esiste un’infrastruttura per fondere e riutilizzare l’alluminio di scarto. Se le batterie al metallo di alluminio diventassero comuni, si può immaginare che gli anodi di alluminio esausti vengano regolarmente raccolti e riciclati con alta efficienza – un’economia circolare per il metallo delle batterie. Lo zolfo, nel contesto delle batterie, potrebbe essere più difficile da riciclare direttamente dalle celle (soprattutto se legato in composti), ma poiché è economico e non tossico, anche se finisse in discarica non rappresenterebbe un pericolo ambientale grave come, ad esempio, il piombo o il cadmio nelle vecchie batterie. I ricercatori potrebbero trovare modi per recuperare lo zolfo o trasformare lo zolfo di scarto delle batterie in prodotti chimici utili (lo zolfo è usato anche nei fertilizzanti, ad esempio). L’assenza di metalli pesanti in queste batterie significa meno rifiuti elettronici tossici se vengono smaltite in modo improprio, e idealmente una gestione più semplice negli impianti di riciclo.
Impatto ridotto dell’estrazione mineraria: L’estrazione di litio, cobalto e nichel ha impatti ambientali e sociali significativi – dall’uso dell’acqua nell’estrazione di salamoie di litio, alla distruzione degli habitat e all’inquinamento intorno alle miniere di nichel, fino ai problemi di lavoro minorile in alcune operazioni di estrazione del cobalto. Riducendo o eliminando la necessità di questi materiali, le batterie all’alluminio e zolfo potrebbero alleviare queste pressioni. L’alluminio non è privo di impatti (l’estrazione della bauxite e la fusione dell’alluminio hanno i loro problemi, come i residui di fango rosso e l’elevato consumo di elettricità), ma questi processi sono ben regolamentati in molti paesi e la tecnologia sta migliorando (ad esempio, anodi inerti per la fusione dell’alluminio per ridurre le emissioni). E ancora, il riciclo dell’alluminio riduce notevolmente la necessità di nuove estrazioni. L’uso dello zolfo riguarda soprattutto il riutilizzo di un sottoprodotto esistente – potrebbe effettivamente risolvere un problema (enormi scorte di zolfo) invece di crearne uno.
Sicurezza e salute: Gli incendi delle batterie sono stati una preoccupazione con le batterie agli ioni di litio, poiché la combustione delle Li-ion rilascia fumi tossici e può causare incendi difficili da spegnere (come hanno dimostrato alcuni incidenti con veicoli elettrici). Batterie non infiammabili significano meno incidenti di incendio, il che è un vantaggio per la sicurezza della società. Significa anche una gestione più sicura delle batterie durante il trasporto e nei centri di demolizione. Ad esempio, i veicoli elettrici rottamati con pacchi Li-ion rappresentano un rischio di incendio se danneggiati; un veicolo elettrico con un pacco alluminio-zolfo potrebbe essere molto più sicuro da smantellare. Lo stesso vale per i dispositivi di consumo – meno dispositivi che esplodono o prendono fuoco (pensando ai famosi incendi delle batterie dei telefoni) è positivo per la salute pubblica e la fiducia nella tecnologia delle batterie.
Energia di backup pulita: Nei luoghi attualmente dipendenti da generatori diesel per l’alimentazione di riserva o remota (isole, rifugi di emergenza, torri di telecomunicazione), sostituirli con batterie alluminio-aria o sodio-zolfo elimina la combustione del diesel, il che significa nessuna emissione di gas serra, nessun inquinamento da particolato e nessun rumore. Questo è un miglioramento diretto per l’ambiente e la qualità della vita. Ad esempio, le torri di telecomunicazione alimentate da alluminio-aria in India produrranno zero emissioni locali, mentre i generatori diesel contribuiscono all’inquinamento atmosferico e alle emissioni di carbonio.

In definitiva, le batterie alluminio e zolfo hanno il potenziale per democratizzare l’accumulo di energia – rendendolo abbastanza economico e rispettoso dell’ambiente da poter installare batterie ovunque servano per abilitare un futuro energetico pulito. Non saranno una panacea (probabilmente avremo un mix di tecnologie di batterie in uso), ma il loro ingresso sul mercato può abbassare i costi e spingere tutti i produttori di batterie a migliorare la sostenibilità.

Ovviamente, il successo economico di queste batterie non è garantito; devono dimostrare di poter essere prodotte a basso costo e funzionare in modo affidabile su larga scala. Ma i recenti investimenti e i successi dei prototipi sono molto incoraggianti. Se avranno successo, il risultato non sarà solo auto elettriche meno costose o gadget migliori, ma una riduzione significativa dell’impatto ambientale dovuto all’uso delle batterie e un impulso agli sforzi globali di decarbonizzazione.

Conclusione: un futuro luminoso alimentato da elementi comuni

Le batterie all’alluminio e zolfo, un tempo considerate tecnologie outsider, stanno rapidamente avanzando verso la realtà commerciale. Queste batterie rappresentano un’idea affascinante: usare ingredienti semplici e abbondanti per risolvere problemi energetici complessi. Negli ultimi anni, i progressi nella chimica e nella scienza dei materiali hanno avvicinato molto questa idea alla realizzazione. Ora abbiamo prototipi di celle alluminio-zolfo che si ricaricano rapidamente in pochi minuti e funzionano per migliaia di cicli nature.com, batterie litio-zolfo che raggiungono densità energetiche solo sognate un decennio fa reuters.com, e persino sistemi alluminio-aria che iniziano a fornire energia pulita nel mondo reale evreporter.com.

Passare dalla dipendenza da metalli rari e importazioni costose a batterie realizzate con elementi “da saldo in cantina” come Al e S potrebbe rimodellare l’industria delle batterie proprio come il silicio ha fatto per l’industria elettronica – consentendo una vasta scalabilità e una riduzione dei costi. Come ha scherzato Sadoway, queste nuove batterie hanno “tutto ciò che si potrebbe desiderare da una batteria: elettrodi economici, buona sicurezza, ricarica ad alta velocità, flessibilità e lunga durata” news.stanford.edu. Ci sono ancora problemi da risolvere, ma la direzione è chiara.

Nei prossimi anni, possiamo aspettarci di sentire parlare di progetti pilota (magari un impianto solare in California che utilizza le celle alluminio-zolfo del MIT, o un drone alimentato da un pacco Lyten Li-S che stabilisce record di autonomia). Con l’aumento della produzione, i costi dovrebbero diminuire ulteriormente, e qualsiasi lacuna tecnica residua – che si tratti della durata dei cicli o della temperatura di esercizio – sarà probabilmente risolta dall’intensa ricerca attualmente in corso in tutto il mondo.

Per il grande pubblico, l’impatto potrebbe essere percepito in modi sottili ma importanti: un’auto elettrica più economica e con maggiore autonomia, uno smartphone che resta carico per tutto il fine settimana, un quartiere che mantiene le luci accese con una batteria quando una tempesta fa saltare la rete, sapendo che tutto questo è realizzato con materiali comuni come la carta stagnola e il fertilizzante da giardino (zolfo). L’appetito mondiale per le batterie è in continua crescita, e le tecnologie alluminio e zolfo garantiscono che potremo soddisfarlo in modo sostenibile.

Come ha affermato con ottimismo uno degli scienziati coinvolti nello sviluppo di queste batterie, “Questi risultati dimostrano … un enorme impatto sullo sviluppo [delle batterie]. Siamo un passo più vicini a vedere questa tecnologia nelle nostre vite quotidiane.” anl.gov In effetti, il futuro in cui le nostre vite saranno alimentate da alluminio e zolfo – due degli elementi più insospettabili della Terra – è ormai chiaramente all’orizzonte. La rivoluzione nell’accumulo di energia è in corso, e si basa sui mattoni della chimica comune, dell’ingegneria innovativa e dell’urgente spinta verso un futuro energetico più pulito ed economico.

Fonti: Le informazioni e le citazioni in questo rapporto provengono da fonti recenti e affidabili, tra cui studi peer-reviewed, comunicati stampa universitari, notizie di settore e report Reuters. I principali riferimenti includono MIT News sulla batteria alluminio-zolfo news.mit.edu, le innovazioni del Laboratorio Nazionale di Argonne sulle batterie litio-zolfo anl.gov, la copertura Reuters degli sviluppi di Theion e Lyten reuters.com, lyten.com, e interviste con leader del settore (ad esempio, il CEO di Phinergy sui vantaggi dell’alluminio-aria evreporter.com). Queste e altre citazioni presenti nel testo forniscono prove dettagliate a supporto delle affermazioni fatte.