Nei laboratori del New Jersey Institute of Technology, un computer ha appena fatto quello che decenni di ricerca tradizionale non erano riusciti a completare. In poche settimane di calcolo, l’intelligenza artificiale ha scovato cinque materiali completamente nuovi che potrebbero mandare in pensione le batterie senza litio.
Non si tratta di lievi miglioramenti incrementali, ma di una vera svolta: batterie che promettono di essere più potenti, più durature e incredibilmente più economiche. La ricerca, pubblicata su Cell Reports Physical Science, segna l’inizio di una nuova era per l’accumulo energetico.
Come funzionano le batterie senza litio multivalenti
Il team guidato dal Professor Dibakar Datta ha utilizzato un approccio rivoluzionario per aggirare uno dei problemi più ostinati della scienza dei materiali. Le batterie senza litio multivalenti funzionano su un principio completamente diverso rispetto a quelle tradizionali. Invece di usare ioni di litio che trasportano una sola carica positiva, questi nuovi dispositivi sfruttano elementi come magnesio, calcio, alluminio e zinco, i cui ioni possono trasportare due o addirittura tre cariche positive contemporaneamente.
Pensateci: se un singolo ione può trasportare il triplo dell’energia, teoricamente potreste avere batterie senza litio molto più dense energeticamente. Il problema, fino ad ora, era trovare materiali capaci di gestire questi ioni più grandi e pesanti. È un po’ come cercare di far passare un autobus attraverso una strada progettata per le biciclette.
I cinque materiali scoperti dall’AI presentano una struttura porosa con canali larghi e aperti, perfetti per permettere il movimento rapido e sicuro di questi ioni multivalenti. Come spiega Datta: “Questi materiali hanno grandi canali aperti ideali per muovere questi ioni multivalenti ingombranti in modo rapido e sicuro”.
Intelligenza artificiale batte anni di ricerca tradizionale
La vera innovazione non sta solo nei materiali, ma nel metodo di scoperta. Il team del New Jersey Institute of Technology ha sviluppato un sistema dual-AI che combina un Crystal Diffusion Variational Autoencoder (CDVAE) con un Large Language Model ottimizzato. Il primo genera strutture cristalline completamente nuove, il secondo le filtra per stabilità termodinamica.
Un processo che tradizionalmente richiederebbe decenni di esperimenti in laboratorio è stato compresso in poche settimane di calcolo. L’AI ha esplorato migliaia di strutture cristalline potenziali, identificando i cinque candidati più promettenti per le batterie senza litio del futuro.
Come racconta Datta, la sfida principale non era la mancanza di chimiche batterie promettenti, ma l’assoluta impossibilità di testare milioni di combinazioni di materiali. L’approccio tradizionale di prova ed errore in laboratorio semplicemente non può reggere il passo con la complessità del problema. Come vi avevo raccontato parlando delle batterie al sodio, la ricerca di alternative al litio è una corsa contro il tempo.
Perché abbiamo bisogno di batterie senza litio
Il litio sta diventando un collo di bottiglia critico per la transizione energetica. Le riserve globali sono concentrate in pochi paesi, i costi di estrazione stanno aumentando vertiginosamente e l’impatto ambientale del mining è sempre più problematico. Le batterie senza litio rappresentano una via d’uscita da questa dipendenza.
Gli elementi scelti per questi nuovi materiali (magnesio, zinco, calcio, alluminio) sono incredibilmente più abbondanti del litio. Il magnesio, per esempio, è 500 volte più abbondante del litio nella crosta terrestre. Questa abbondanza si traduce naturalmente in costi più bassi e maggiore stabilità delle forniture.
Abbiamo utilizzato l’AI generativa come metodo veloce e sistematico per setacciare quel vasto panorama e individuare le poche strutture che potrebbero davvero rendere pratiche le batterie multivalenti
Ma la sostenibilità non è l’unico vantaggio. I test preliminari suggeriscono che questi materiali potrebbero offrire prestazioni superiori in termini di capacità di accumulo energetico e velocità di ricarica.
Dalle simulazioni alla realtà: batterie senza litio
I ricercatori non si sono limitati a simulazioni computerizzate. Hanno validato le loro scoperte utilizzando simulazioni meccaniche quantistiche e test di stabilità, confermando che i materiali possono effettivamente essere sintetizzati sperimentalmente. È la differenza tra avere un’idea brillante sulla carta e dimostrare che funziona nel mondo reale.
Il prossimo passo coinvolgerà la collaborazione con laboratori sperimentali per sintetizzare e testare fisicamente questi materiali progettati dall’AI. L’obiettivo è sviluppare prototipi funzionanti di batterie senza litio che possano essere valutati per applicazioni commerciali.
Questo approccio AI-driven ha implicazioni che vanno ben oltre le batterie. Come sottolinea Datta, si tratta di stabilire un metodo rapido e scalabile per esplorare qualsiasi materiale avanzato, dall’elettronica alle soluzioni per l’energia pulita. È un nuovo modo di fare scienza dei materiali.
La ricerca parallela di Microsoft e del Pacific Northwest National Laboratory ha dimostrato risultati simili, identificando materiali che possono ridurre l’uso di litio fino al 70%. La convergenza di questi risultati da team indipendenti rafforza la credibilità dell’approccio.
Siamo di fronte a quello che potrebbe essere un punto di svolta per l’industria energetica. Come abbiamo visto con altre innovazioni, quando la ricerca computazionale e l’AI si uniscono alla sperimentazione tradizionale, i risultati possono essere straordinari.
Le batterie senza litio sono una possibilità concreta che potrebbe materializzarsi nei prossimi anni. E questa volta, invece di aspettare decenni per scoperte casuali, abbiamo l’intelligenza artificiale che accelera il processo di ricerca in modi che fino a poco tempo fa sembravano impossibili.
