Oggi le batterie agli ioni di litio sono la spina dorsale della maggior parte dei dispositivi elettronici, compresi i veicoli elettrici.
Eppure, nonostante tutti i loro vantaggi rivoluzionari, queste batterie hanno ancora un difetto intrinseco: i dendriti la rendono meno stabile. Questi pezzi di litio sottili e infidi, simili ad alberi, formano punte acuminate che finiscono per perforare la batteria, causando cortocircuiti e altri problemi.
I dendriti non rendono solo la batteria agli ioni di litio meno stabile, ma anche meno duratura.
Per usare un eufemismo, hanno ampi margini di miglioramento.
Gli scienziati hanno cercato di capire come avviene la formazione dei dendriti di litio per vedere come produrre una batteria più stabile e più duratura per i veicoli elettrici.
Oggi, i ricercatori dell’Università di Harvard dicono di avere la risposta: una batteria al litio-metallo realizzata con un materiale metallico allo stato solido anziché agli ioni di litio. Una batteria stabile, che elimina i fastidiosi dendriti e offre una maggiore solidità e durata rispetto a una batteria composta da materiali liquidi o grafite.
Molto meglio, per più motivi
“Il nostro design multistrato ha la struttura di un elettrolita meno stabile inserito tra elettroliti solidi più stabili, che impedisce la crescita di dendriti di litio”, affermano gli scienziati nel nuovo studio pubblicato su Nature.
Una batteria stabile e “autoriparante”
Realizzare la batteria con materiali per lo più solidi aiuta a prevenire la formazione di dendriti in più di un modo. Meccanicamente, è molto più facile rompere un sottile guscio di metallo o ceramica che penetrare, ad esempio, in un anodo solido della batteria. Questo progetto fa un ulteriore passo avanti, tenendo conto chimicamente di eventuali crepe con “decomposizioni generate dinamicamente” che riempiono e bloccano potenziali dendriti.
Come è fatta la batteria litio metallo stabile?
Pensate alla nuova batteria stabile come a un hamburger con lattuga e pomodoro: il pane è l’anodo di litio metallico, la lattuga è la grafite, i pomodori sono il primo elettrolita e la pancetta è il secondo elettrolita. Aggiungete un altro strato del primo elettrolita, copritelo con un catodo e buon appetito.
Cosa potrebbe cambiare passando dalle batterie agli ioni di litio a quelle al litio metallico?
In un mondo perfetto la batteria al litio-metallo è più leggera, più potente, più duratura. Purtroppo fino ad oggi non era possibile ottenerne una versione stabile. La riduzione o l’eliminazione della formazione di dendriti è fondamentale per qualsiasi di questi progetti, è lei a ridurre notevolmente gli eventuali risultati negativi. Gli scienziati di Harvard hanno testato la loro batteria per oltre 10.000 cicli di carica, rivaleggiando un’auto tradizionale (a combustibili fossili), ma non si sono fermati qui.
Hanno scoperto che dopo questi 10.000 cicli il loro design conservava ancora l’82% della carica!
Con questa batteria stabile un’auto elettrica può durare come e più di una “fossile”
Questa tecnologia delle batterie potrebbe aumentare la durata dei veicoli elettrici a quella delle auto a benzina, da 10 a 15 anni, senza la necessità di sostituire la batteria. Con la sua alta densità di corrente, la batteria potrebbe aprire la strada a veicoli elettrici in grado di caricarsi completamente entro 10 minuti.
Dal comunicato stampa dell’Università di Harvard
Che significa tutto questo per il futuro delle batterie e dei veicoli elettrici?
Se il progetto funziona come previsto, può aprire da solo la porta a batterie al litio-metallo sul mercato. Per i veicoli elettrici, il solo costo delle batterie è quasi dominante. Ridurne i guasti e il peso creerebbe un enorme risparmio.
“Una batteria al litio-metallo è considerata il Santo Graal per la chimica delle batterie a causa della sua elevata capacità e densità di energia”, dice Xin Lee, ricercatore di Harvard. “Questo progetto proof-of-concept mostra che le batterie allo stato solido al litio-metallo potrebbero essere competitive con le batterie commerciali agli ioni di litio”.
