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Batterie super potenti? A Stanford scoprono la ricetta

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Batterie super potenti, leggere e poco ingombranti grazie a un nuovo elettrolita sviluppato dagli scienziati della Stanford University. L’aggiunta di atomi di fluoro nella molecola dell’elettrolita permetterebbe di sfruttare l’alto potenziale energetico del litio metallico all’anodo, senza precoci deterioramenti e  i rischi di incendio connessi al suo utilizzo.

Un nuovo elettrolita per le batterie al litio metallico

Il tradizionale elettrolita liquido e il nuovo al fluoro (a destra) sviluppato a Stanford

La scoperta è stata illustrata in uno studio pubblicato il 22 giugno su Nature Energy. Il co autore dello studio Yi Cui spiega che le batterie a litio metallico sono molto promettenti per i mezzi di trasporto perchè possono fornire molta pià energia per unità di peso e di volume rispetto a quelle tradizionali agli ioni di litio, «che si stanno rapidamente avvicinando al limite teorico della densità energetica». Una Tesla Model S, per esempio, con gli stessi pesi e gli stessi ingombri attuali, potrebbe percorrere oltre 850 km con una carica se dotata di batterie al litio metallo.

Le batterie agli ioni di litio, hanno due elettrodi: un catodo a carica positiva contenente litio e un anodo a carica negativa solitamente costituito da grafite. Una soluzione elettrolitica consente agli ioni di litio di spostarsi avanti e indietro tra l’anodo e il catodo quando viene utilizzata la batteria e quando si ricarica. Se all’anodo in grafite si sostituisce un anodo in litio metallico è possibile ottenere una capacità di stoccaggio di energia doppia. Ma il litio metallico rischia di reagire con l’elettrolita liquido generando incrostazioni, dette dendriti, che possono causare un devastante corto circuito interno.

Con le batterie super potenti l’autonomia raddoppia

La soluzione di questo problema è da decenni l’obiettivo dei ricercatori di tutto il mondo. Quelli di Stanford pensano oggi di esserci riusciti grazie appunto all’aggiunta di  atomi di fluoro sulla molecola dell’elettrolita, che renderebbe il liquido più stabile. Il fluoro è un elemento abbondante e a buon mercato con una forte capacità di attrarre elettroni. Il nuovo composto sintetico, abbreviato FDMB, può essere facilmente prodotto sfuso.

Il team di Stanford ha testato il nuovo elettrolita in una batteria al litio metallico. I risultati sono stati impressionanti. La batteria sperimentale ha conservato il 90% della sua carica iniziale dopo 420 cicli di carica e scarica, mentre nei laboratori non si era mai superata una “vita” superiore ai 30 cicli. Le batterie agli ioni di litio tradizionali sopportano mediamente fra 500 e 1.000 cicli.

I ricercatori hanno anche misurato l’efficienza con cui gli ioni di litio vengono trasferiti tra l’anodo e il catodo durante la carica e la scarica, una proprietà nota come “efficienza coulombica”. «Se carichi 1.000 ioni di litio, quanti ne ricevi dopo aver scaricato? _ dice Cui _. Idealmente ne vorresti 1.000 su 1.000 per un’efficienza coulombica del 100 percento. Per essere commercialmente valida, una cella di batteria necessita di un’efficienza coulombica di almeno il 99,9 percento. Nel nostro studio abbiamo ottenuto il 99,52 percento nelle mezze cellule e il 99,98 percento nelle cellule piene; una prestazione incredibile».

Battery 500, obiettivo 500 Wh per chilo

Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) sta finanziando un consorzio di ricerca chiamato Battery500 per rendere sostenibili le batterie super potenti al litio metallico, che consentirebbe alle case auto di costruire veicoli elettrici più leggeri in grado di percorrere distanze molto maggiori. Migliorando anodi, elettroliti e altri componenti, Battery500 mira a quasi triplicare la quantità di elettricità che una batteria al litio metallo può fornire. Mira a passare  da circa 180 wattora per chilogrammo quando il programma è iniziato nel 2016 a 500 wattora per chilogrammo (leggi anche). Un rapporto energia-peso più elevato, o “energia specifica”, è la chiave per risolvere la range anxiety dei potenziali acquirenti di auto elettriche.

Un elettrolita che non si infiamma

Oltre a una maggiore durata del ciclo e una migliore stabilità, quindi, l’elettrolito FDMB è anche molto meno infiammabile rispetto agli elettroliti convenzionali, come dimostra questo video.

Qui sopra vediamo il test di infiammabilità dell’elettrolita carbonato convenzionale (a sinistra) e del nuovo elettrolita FDMB (a destra) sviluppato a Stanford. L’elettrolita convenzionale si incendia immediatamente dopo aver toccato la fiamma, ma l’elettrolita FDMB può tollerare la fiamma diretta per almeno tre secondi.

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1 COMMENTO

  1. Bisogna vedere su quali tipi di batterie le hanno testate perché nei laboratori usano batterie piccole a bottone ( coin cell) e i ridultati non mi sembrano così entusiasmanti: poi non è vero che le celle con anodi in litio metallo “ raddoppiano la capacità energetica” rispetto alle ioni litio perché bisogna vedere quali catodi vengono utilizzati, se NMC o NCA o Li-S o sodio ecc, e se fossero i catodi NMC o NCA attualmente in uso belle ioni litio attuo comunque l’incremento di densità utilizzando anodi Litii metallico sarebbero al più del 50- 60% non male ma bon è il doppio.

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