I fosfati metallici sono soggetti a un’ampia ricerca per le loro potenziali applicazioni come materiali di elettrodi nelle batterie di ioni metallici ricaricabili, come quelle al potassio, litio, sodio, calcio e magnesio. Questi materiali sono rinomati per la loro elevata capacità di carica, stabilità chimica, durata prolungata e disponibilità naturale, caratteristiche che li rendono ideali per tali impieghi.
Inoltre, i fosfati metallici vantano un profilo ecologico favorevole, un costo contenuto, un’elevata sicurezza e una bassa tossicità. La loro struttura unica, con ampi canali e spazi interstiziali, favorisce una buona conduttività ionica, consentendo il trasporto efficiente di ioni ed elettroliti, l’accesso ai siti attivi per l’intercalazione ionica e una notevole capacità di stoccaggio di carica.
Dotati di legami covalenti robusti che garantiscono una stabilità strutturale elevata, i fosfati metallici sono in grado di mantenere stabile la struttura reticolare dell’ossigeno anche a regimi di carica elevati, assicurando cicli di vita prolungati e la sicurezza delle batterie. Tra di essi, i fosfati di litio spiccano come i più promettenti per le batterie ad alta capacità.
A seconda delle combinazioni metallo/fosfato e dei metodi di sintesi adottati, i fosfati metallici possono essere fabbricati in diverse forme cristalline, che vanno dalle strutture 3D aperte e reti stratificate a quelle polimeriche monodimensionali.
Un esempio di interesse è il fosfato di zirconio, oggetto di studio fin dagli anni ’60 e caratterizzato da una coordinazione ottaedrica del centro metallico con sei atomi di ossigeno provenienti da gruppi fosfato diversi. Allo stesso tempo, il diidrogenofosfato di potassio è studiato per le sue proprietà ottiche, piezoelettriche, ferroelettriche e elettroottiche, trovando anche impiego nel settore alimentare.
I fosfati di metalli di transizione presentano una serie di vantaggi, tra cui stabilità elevata, proprietà chimico-fisiche uniche e personalizzabilità multifunzionale, che li rendono ideali per applicazioni avanzate di conversione e stoccaggio dell’energia ad alta efficienza.
Ad esempio, il fosfato di ferro è utilizzato per l’ossidazione selettiva del metano in prodotti ossigenati e come materiale catodico economico. Il fosfato di litio e ferro è particolarmente interessante per i sistemi energetici ibridi, mentre il fosfato di titanio funge da eccellente fotocatalizzatore e il fosfato di vanadio è impiegato come catalizzatore per l’ossidazione del butano in anidride maleica.