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Superbatteria litio-metallo, 600 cicli che fanno ben sperare

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litio-metallo

Un’architettura particolarmente promettente per le batterie di nuova generazione utilizza puro litio-metallo, un materiale con un’ eccellente densità di energia, e potrebbe far viaggiare i veicoli elettrici molto più lontano, riducendo anche dimensioni e peso.

Il problema resta la durata, poichè batterie di questo tipo si deteriorano molto rapidamente.  Un gruppo di ricerca del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, però, sostiene di aver fatto significativi progressi raggiungendo una durata di 600 cicli (quelle tradizionali agli ioni di litio hanno una durata di 1500 cicli circa). La soluzione innovativa consiste nel sostituire la grafite dell’anodo con sottilissime strisce di litio-metallo. La scoperta è stata descritta in un articolo pubblicato dalla rivista Nature Energy .

Nei precedenti tentativi di impiego del metallo di litio, le complesse reazioni che si verificano sulla superficie dell’anodo nel passaggio degli elettroni dall’elettrolita all’anodo stesso, avevano rapidamente deteriorato lo strato superficiale del materiale. Si era pensato quindi di utilizzarne strati più spessi, ma la situazione non era migliorata.

Litio-metallo con il contagocce

«Molti  hanno pensato che un litio più spesso avrebbe consentito alla batteria di durare più a lungo  _  afferma Jie Xiao, autore dell’articolo _ Ma non è sempre vero. C’è uno spessore ottimale per ogni batteria al litio-metallo a seconda dell’energia della cella e del design».

Gli scienziati hanno usato strisce di litio come base per il loro anodo, ciascuna con una larghezza di appena 20 micron, molto più sottile di un capello umano. Con questo  inserito in una batteria a celle a sacchetto, la batteria ha raggiunto una densità di energia di 350 Wh/kg. Le migliori batterie agli ioni di litio in uso oggi hanno una densità massima di 250 Wh/kg.

litio-metallo

Quindi gli scienziati non hanno sfruttato per intero la maggior densità energetica del litio-metallo, 10 volte superiore. Ma durante i test hanno scoperto che la batteria ha mantenuto il 76% della sua capacità dopo un record di 600 cicli. Quattro anni fa lo stesso team aveva raggiunto 50 cicli, due anni fa 200.

Obiettivo: 1.000 cicli e 500 Wh/kg

Il risultato di oggi fa ben sperare. Presto, forse, potremo avere batterie a litio-metallo con questa tecnologia capaci di resistere per oltre 1.000 cicli. Il che le renderebbe papabili per utilizzo automobilistico.

Il team attribuisce il successo del progetto alla migliore interazione tra l’elettrolita e l’anodo, mentre strisce più spesse soffocano importanti reazioni elettrochimiche. Gl scienziati del Pacific Northwest National Laboratory operano nell’ambito del consorzio multi-istituto  Battery500, che ha come obiettivo quello di raggiungere una densità energetica di 500 Wh/kg.

«Il Consorzio Battery500 ha compiuto grandi progressi nell’aumentare la densità energetica e nell’estensione della durata del ciclo _ dice  Stanley Whittingham, premio Nobel per la chimica 2019 e coautore dell’articolo _ Ma occorre fare molto di più. In particolare, ci sono problemi di sicurezza con le batterie al litio-metallo che devono essere affrontati». Gli anodi litio-metallici, deteriorandosi, tendono infatti a formare “aculei” di materiale, detti dendriti, che possono generare cortocircuiti dando origine a incendi improvvisi.

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