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Il diamante è da sempre sinonimo di lusso. Presto, però, potrebbe diventarlo anche di efficienza energetica. Non parliamo di gemme incastonate negli accumulatori, ovviamente, ma di nanodiamanti: particelle di carbonio con la stessa struttura cristallina del diamante, così piccole da misurarsi in miliardesimi di metro. Ed è proprio in questa scala invisibile che la ricerca sta cercando una delle chiavi per le batterie delle auto elettriche di domani.
Dentro ogni cella, il lavoro sporco lo fanno gli ioni, che viaggiano avanti e indietro durante carica e scarica. Più si muovono con facilità, più la batteria diventa efficiente e rapida nel rifornirsi di energia. Il problema è che molti materiali, soprattutto quelli solidi, oppongono resistenza a questo passaggio.
Qui entrano in gioco i nanodiamanti. Uno studio pubblicato quest'anno sulla rivista scientifica Ionics ha mostrato che aggiungendoli a specifici sali organici solidi la conducibilità ionica cresce di quattro o cinque ordini di grandezza. Tradotto: gli ioni si muovono da diecimila a centomila volte più facilmente rispetto al materiale di partenza. Un salto enorme, che spiega perché il tema sia finito sotto la lente di chi lavora sulla mobilità elettrica e sui supercapacitori, i dispositivi capaci di immagazzinare e rilasciare energia in tempi brevissimi.
A dare ulteriore peso alla questione è arrivata questo mese una review sul Journal of Energy Storage, che ha messo in fila anni di ricerche sull'impiego dei nanodiamanti nell'accumulo di energia, collocando questi risultati in una prospettiva più ampia.
Tra i lavori più citati ci sono quelli di Stebnitskii e Mateyshina, che hanno testato l'effetto dei nanodiamanti su due sali organici, il tetraetilammonio e il tetrapropilammonio tetrafluoroborato. I picchi di conducibilità sono stati raggiunti con concentrazioni di nanodiamanti pari rispettivamente al 50 e al 40% in volume. Un'altra ricerca degli stessi autori, condotta sul tributilmetilammonio tetrafluoroborato, ha invece evidenziato un picco tra 145 e 150 °C.
Ed è qui che l'entusiasmo va ridimensionato. Una batteria per auto lavora in condizioni ben diverse: per avere senso su strada, questi materiali dovrebbero dare il meglio tra 20 e 40 °C, cioè nelle temperature della guida quotidiana. Portare le prestazioni di laboratorio in quella finestra è la vera sfida dei prossimi anni.
Se c'è un terreno su cui i nanodiamanti sembrano avere le carte migliori, è quello degli elettroliti solidi. Si tratta dello strato che, nelle batterie di nuova generazione, prende il posto del liquido infiammabile presente nelle celle tradizionali, riducendo il rischio di cortocircuiti e incendi. L'aggiunta di nanodiamanti potrebbe renderli al tempo stesso più stabili e più conduttivi, due qualità che oggi spesso fanno a pugni tra loro.
Nel frattempo la ricerca sul carbonio non si ferma. A settembre la Chalmers University, ateneo svedese molto attivo nei materiali per l'energia, ha annunciato la sintesi del diamondiyne, un nuovo allotropo di carbonio poroso con nanopori programmabili. Prima di immaginarlo come elettrodo di una batteria, però, bisognerà capire come gli ioni si comportano all'interno di questa struttura.
C'è poi un filone che sembra uscito da un romanzo di fantascienza. Esperimenti condotti all'ELI Beamlines hanno dimostrato che è possibile trasformare plastica di scarto in nanodiamanti ultrapuri grazie a impulsi laser ad altissima energia. Per ora si tratta di una dimostrazione di principio, pensata soprattutto per medicina, catalisi e nuovi materiali. L'uso nelle celle per auto elettriche resta un'ipotesi, ma l'idea di ricavare un materiale avanzato da un rifiuto ha un fascino difficile da ignorare.
La risposta onesta è: non presto. Un report di mercato pubblicato a metà settembre inserisce i nanodiamanti tra le tecnologie emergenti per batterie e supercapacitori, con proiezioni sui consumi fino al 2036, ma li classifica come soluzione ancora in sviluppo. Nessun produttore ha annunciato linee dedicate su scala commerciale.
Le roadmap dei grandi fornitori di celle guardano altrove, almeno nel breve periodo: LFP di nuova generazione, batterie allo stato solido e materiali come MXene e grafene. I nanodiamanti, per ora, vivono tra articoli scientifici e analisi di mercato.
Questo non significa che siano una curiosità da laboratorio destinata a restare tale. Come altre tecnologie ancora sperimentali, dallo storage criogenico con cristalli di vetro in giù, rappresentano una scommessa di lungo periodo. E se la sfida della temperatura verrà vinta, il diamante potrebbe davvero diventare il migliore amico della batteria.
