Il successo della tecnologia del litio, che inizia ai primi anni Ottanta con le batterie primarie per dispositivi impiantabili, aumenta in modo dirompente con le batterie ricaricabili litio ione (LIB) che hanno consentito incredibili sviluppi all’elettronica portatile e che oggi consentono l’avvio del mercato dei veicoli elettrici. Sono qui ripercorse alcune tappe fondamentali nello sviluppo delle LIB, che sono state oggetto dell’assegnazione del Premio Nobel per la Chimica 2019.

L’attività di Marina Mastragostino e del suo gruppo, svolta a stretto contatto con le industrie nell’ambito delle batterie al litio e litio-ione e dei supercondensatori, soprattutto per il settore dei trasporti, viene qui brevemente descritta. Tale attività, iniziata negli anni Novanta con il Progetto Alpe, si è consolidata ed affermata anche in ambito europeo, con alcuni progetti decisamente innovativi a partire dallo SCOPE, per finire con ILHYPOS, AMELIE e LABOHR. L’attività viene tuttora portata avanti dal suo gruppo di ricerca con progetti nazionali ed europei.

Dagli anni Ottanta, ENEA conduce programmi/progetti nel settore dei sistemi di accumulo elettrochimico dell’energia, in particolare batterie al litio, in collaborazione con università, enti di ricerca e industrie (nazionali e straniere). Il presente articolo illustra le attività, i progetti e la “value chain” in ENEA nell’ambito dei sistemi al litio.

Il primo progetto industriale di produzione di celle e batterie litio-ione in Italia è quello di SERI. Insieme alle controllate FAAM e Lithops, SERI ha installato il primo impianto di produzione di massa in Italia, con avvio previsto ad aprile 2020, e ha visto l’approvazione del proprio progetto IPCEI, finalizzato all’avvio di una giga-factory in Italia per la produzione di celle di nuova generazione per il settore automotive e il riciclo delle batterie a fine vita.

Le batterie di nuova generazione, necessarie a sostenere la transizione energetica, richiedono progressi che possono essere conseguiti solo ripensando in maniera radicale la chimica dei materiali funzionali utilizzati. La ricerca mira a ridurre l’uso di materie prime strategiche (Li, Co), ricorrendo invece ad elementi abbondanti, quali Na, Mg, Al, nel rispetto dei principi dell’economia circolare.

“Le batterie sono al centro della rivoluzione industriale e sono convinto che l’Europa abbia le carte in regola per diventare il leader mondiale nell’innovazione, nella decarbonizzazione e nella digitalizzazione”: queste sono le parole del Vicepresidente della Commissione Europea Maroš Šefčovic che introducono il lavoro dell’insieme delle iniziative a lungo termine finanziate dalla Comunità Europea. Tra queste Battery2030+, l’iniziativa a lungo termine che propone una visione completamente innovativa per le batterie europee del futuro. In particolare sono stati definiti cinque temi per affrontare la sfida dello sviluppo di batterie di prossima generazione: 1) design di nuovi materiali per batterie attraverso una “Materials Acceleration Platform” (MAP), 2) ingegnerizzare le interfaccia definendo un “Battery Interface Genome” (BIG), 3) funzionalità intelligenti, 4) manufatturabilità, 5) riciclabilità e sostenibilità.

Ogni anno, il direttivo del Gruppo Giovani SCI assegna il Premio Primo Levi ad un Socio Giovane della Società Chimica Italiana (SCI), autore di una ricerca originale e di ampio interesse per le scienze chimiche condotta in Italia nell’anno precedente e pubblicata su una rivista scientifica internazionale.

La chimica supramolecolare utilizza interazioni non-covalenti per trasferire informazioni dal livello molecolare al livello supramolecolare. Negli ultimi anni, la sua applicazione in diverse discipline ha permesso di espandere l’applicabilità di interazioni non-covalenti alla preparazione di nuovi materiali, dispositivi e processi fotocatalitici.

La tecnologia SiMoT (Single Molecule with a large Transistor) rappresenta un primo tentativo di rivelare una singola proteina con un dispositivo bioelettronico grande qualche millimetro. Il cuore del SiMoT è l’elettrodo di gate, funzionalizzato con 1012 elementi di bioriconoscimento, simulando la superficie delle membrane delle cellule sensibili al limite fisico. È un successo tutto italiano, pubblicato su Nature Communications e recensito da Nature.

Le malattie infiammatorie croniche intestinali (IBD) colpiscono un numero sempre maggiore di persone. Con lo scopo di superare i limiti delle terapie convenzionali, la scienza del drug delivery, la nanotecnologia e la chimica dei materiali si uniscono per mettere a punto una nuova formulazione nano-in-micro. Questo sistema “intelligente” è in grado di trasportare e rilasciare in maniera selettiva la molecola attiva nei tessuti infiammati riducendo l’assorbimento sistemico.

L’azobenzene è senza dubbio l’archetipo dei cosiddetti fotoswitch, molecole in grado di isomerizzare da una forma stabile ad una metastabile se soggette a stimolo fotochimico e ritornare alla specie termodinamicamente più stabile al buio. L’introduzione di un anello indolico nell’azobenzene permette di sintetizzare una nuova classe di azoswitch caratterizzati da una forma metastabile con stabilità che può essere regolata dai giorni ai nanosecondi.

La ricerca di materiali sempre più efficienti abbraccia svariati campi della società attuale e l’unione di due componenti con peculiarità complementari può generare materiali altamente innovativi. I gel formati da carbon nanodots e liquidi ionici non soltanto preservano le caratteristiche dei singoli componenti, ma ne migliorano le prestazioni, generando così un materiale ibrido performante e facilmente modulabile in base alle applicazioni richieste.

L’elettrochimica raccontata in modo simpatico e irriverente, tra aneddoti e giochi di parole, cercando di trasmetterne l’ampia portata nella vita di tutti i giorni.

Nella Parte 1 abbiamo parlato della formazione del tungsteno nell’Universo e del perché abbia due nomi, per poi approfondire le proprietà tecnologiche del suo composto più utilizzato, il carburo di formula WC. In questa seconda parte viene sottolineata l’importanza, per i Paesi manifatturieri, del carburo di tungsteno, che rappresenta circa il 60% dellʼimpiego globale dellʼelemento. Infine, viene presentato, in linea con gli obiettivi dellʼAgenda 2030 dell'ONU, un metodo alternativo, energeticamente più efficiente e a minore impatto ambientale, per la produzione del WC dal minerale.

Pochi mesi fa l’Accademia svedese delle Scienze ha riconosciuto meritevoli del Nobel gli autori delle ricerche che hanno portato allo sviluppo delle batterie agli ioni litio. Nel 1920 il premio fu assegnato a Walther Nernst per i suoi studi in campo termochimico ma, più del “teorema del calore”, è soprattutto l’equazione che porta il suo nome a collegarlo ai recenti successi dell’elettrochimica.