Passo avanti decisivo verso le batterie per auto elettriche che si ricaricano in 10 minuti

Ad Harvard hanno messo a punto una innovativa batteria litio-metallo che rivoluziona le batterie a stato solido. Dura circa 10 anni e si ricarica in 10 minuti

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Le batterie agli ioni di litio attualmente impiegate per le auto elettriche hanno fatto passi da gigante da un quinquennio a questa parte, ma rimangono ancora costose, lente da ricaricare e poco longeve, tre aspetti che rappresentano un po’ il loro tallone d’Achille.

In futuro è quasi certo che la tecnologia cambierà e diverse sono le alternative: tra quelle più promettenti ci sono le batterie allo stato solido, così chiamate perché elettrodi ed elettrolita sono solidi invece che liquidi o a gel come nelle batterie più comuni.

Le batterie a stato solido al litio-metallo permettono di immagazzinare una maggiore capacità di energia, si stima di circa 2 volte e mezzo, e promettono di poter essere ricaricate in media in circa 10 minuti. Di contro, hanno un elevato degrado. Cioè, le loro prestazioni decadono velocemente nel tempo.

Ciò è dovuto alla formazione di dendriti sugli anodi del litio, che sono delle formazioni di ossido che si depositano sugli anodi nella fasi di carica e di scarica. A lungo andare, questi possono perforare la barriera tra anodo e catodo, i due poli, provocando un cortocircuito. Si tratta di un problema che da circa quaranta anni a questa parte non si è riusciti a risolvere, ma la soluzione pare sia vicina.

«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. Ma la stabilità di queste batterie è sempre stata scarsa», , spiega Xin Li, professore associato di scienza dei materiali della John A. Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS) dell’Università di Harvard.

Il professor Li insieme al suo team ha però ideato una particolare struttura della batteria, la cui efficacia è stata illustrata in un articolo su Nature, che prevede una barriera in grado di contenere la crescita, inevitabile allo stato dell’arte, dei dendriti.

La batteria allo stato solido al litio-metallo realizzata ad Harvard può essere caricata e scaricata almeno 10.000 volte ad alta densità. Questa tecnologia potrebbe dunque aumentare la durata dei veicoli elettrici a 10 o 15 anni, senza la necessità di sostituire la batteria, ma soprattutto grazie alla sua alta densità potrebbe aprire la strada a veicoli elettrici in grado di caricarsi completamente entro 10-20 minuti.

Per spiegare il suo funzionamento il professor Li ha fatto ricorso ad un simpatico paragone con un sandwich.

Per prima cosa viene il pane, l’anodo di metallo al litio, seguito dalla lattuga, un rivestimento di grafite. Il primo elettrolita è uno strato di pomodori ed il secondo elettrolita è uno strato di pancetta. Poi viene un altro strato di pomodori e in ultimo l’altra fetta di pane, il catodo.

Il primo elettrolita è più stabile con il litio ma incline alla penetrazione dei dendriti. Il secondo elettrolita è meno stabile con il litio, ma sembra immune ai dendriti. In questo modello, i dendriti possono crescere attraverso la grafite e il primo elettrolita, ma vengono arrestati quando raggiungono il secondo. In altre parole, i dendriti crescono attraverso la lattuga e il pomodoro ma si fermano alla pancetta. La barriera della pancetta però impedisce ai dendriti di spingersi oltre e cortocircuitare la batteria.

«Il nostro progetto dimostra che le batterie allo stato solido al litio metallico potrebbero essere competitive con le batterie commerciali agli ioni di litio e versatilità del nostro design le rende potenzialmente compatibili con la produzione di massa. Adattarlo alla batteria commerciale non sarà facile e ci sono ancora alcune sfide pratiche, ma crediamo che saranno superate», assicura Li.