Questo elettrodo ultra veloce, afferma Nawa, potrebbe migliorare la potenza delle celle agli ioni di litio di un fattore 10, lo stoccaggio di energia fino a tre, il ciclo di vita fino a cinque e ridurre il tempo di ricarica fino a pochi minuti anziché ore. Abiliterebbe inoltre l’utilizzo di altre chimiche più economiche e performanti, come il silicio e lo zolfo o il litio metallico con elettrolita allo stato solido.
Verso il Santo Graal delle batterie
La soluzione di Nawa aprirebbe insomma il percorso verso il Santo Graal delle batterie per autotrazione, la rivoluzione che tutti attendono. E forse squarcia un velo sui veri obiettivi di alcune operazioni che hanno visto come protagonisti colossi delle batterie e realtà emergenti nei supercondensatori. Vedi Tesla che ha acquistato Maxwell e l’accordo fra Skeleton Technologies e Karlsruhe Institute of Technology tedesco (leggi).
Secondo l’azienda con sede a Aix-en-Provence, uno dei principali limiti della potenza della batteria, dell’energia e del ciclo di vita sono le polveri utilizzate per realizzare gli elettrodi. Questi possono portare a una bassa conduttività elettrica, termica e ionica; cattivo comportamento meccanico durante la scarica e la ricarica; può anche contribuire alla delaminazione e al degrado precoci . Il che comporta problemi di sicurezza e la riduzione ciclo di vita delle celle.
Il nuovo elettrodo brevettato da Nawa è basato su nanotubi di carbonio allineati verticalmente (VACNT). Combina la conduttività ionica – grazie a una nanostruttura 3D completamente accessibile – con un’elevata conduttività elettrica e termica, fornita dalla sua disposizione di 100 miliardi di nanotubi per centimetro quadrato. Il tutto allineato verticalmente.
Con gli elettrodi che rappresentano quasi il 25% del costo totale della batteria e l’attuale mercato globale delle batterie agli ioni di litio che vale più di 35 miliardi di dollari, Nawa ritiene che il suo nuovo design possa offrire anche significativi risparmi sui costi.
L’elettrodo messo a punto da Nawa sarebbe secondo l’azienda un sistema universale, disponibile sia come primer per elettrodi esistenti – dove il VACNT aumenta la conduzione elettrica _, sia come elettrodo 3D completo in cui il VACNT funge da struttura su cui può essere inserito il materiale di inserimento del litio rivestito. Nava sta sviluppando diversi concetti di rivestimenti con varie chimiche e partner. Si aspetta che la tecnologia sia in commercio già nel 2023.
Aggiunge infine che la tecnologia è facilmente riciclabile alla fine del suo ciclo di vita e potrebbe ridurre l’impronta di CO2 di una cella batteria al litio fino al 60%.
Mille km di range, ricarica in 5 minuti
Nonotubi di carbonio, l’autostrada degli ioni
Il tipico elettrodo a carbone attivo attualmente in produzione è realizzato con una miscela di polveri, additivi e leganti. Laddove vengono utilizzati nanotubi di carbonio, sono tipicamente attaccati in un modo confuso, come “spaghetti aggrovigliati”. Ciò fornisce agli ioni portatori di carica un percorso casuale, lungo, caotico e spesso bloccato da attraversare nel loro percorso dal catodo all’anodo e viceversa. I vantaggi delle tecnologia Nawa sono tutti nella brevità e immediatezza del percorso degli ioni. I nanotubi di carbonio allineati verticalmente creano una struttura anodo o catodica più simile a una spazzola per capelli. Ciascuno di questi saldamente radicati viene quindi rivestito con materiale attivo, sia esso ioni di litio o qualcos’altro. Il risultato è una sorta di autostrada lungo la quale gli ioni devono percorrere molto più velocemente una distanza molto più breve.
«La distanza che lo ione deve percorrere è di pochi nanometri attraverso il materiale al litio anzichè micrometri con un semplice elettrodo» ha spiegato Pascal Boulanger, fondatore di Nawa e CTO in un‘intervista a New Atlas.
«Realizzare una batteria è molto difficile _ aggiungeBoulanger _ . Devi padroneggiare molti parametri. Ma se vuoi padroneggiare quei parametri, devi avere la più alta conduttività elettrica. Devi avere la più alta conduttività termica. Devi avere la più alta conduttività ionica. Ed è esattamente ciò che il nostro materiale può portare ai produttori di batterie».
Dall’auto (PSA e Renault?) agli aerei
Il primo cliente su larga scala di Nawa è il produttore francese di batterie Saft, che sta collaborando con PSA e Renault come parte della European Battery Alliance, la cosiddetta “Airbus delle batterie”.
Ma l’incremento di prestazioni ottenibile dalla tecnologia di Nawa rappresenterebbe anche un enorme potenziale balzo in avanti per l’ aviazione elettrica. Qui il peso, la densità di energia e i tempi di ricarica delle odierne batterie al litio stanno finira imponendo enormi limitazioni allo sviluppo e alla fattibilità commerciale degli aerei a zero emissioni.