Le batterie ricaricabili affidabili e ad alta capacità sono un componente fondamentale di molti dispositivi e persino dei modi di trasporto. Svolgono un ruolo chiave nel passaggio a un mondo più verde. Nella loro produzione viene utilizzata un’ampia varietà di elementi, incluso il cobalto, la cui produzione contribuisce ad alcune questioni ambientali, economiche e sociali. Per la prima volta, un team composto da ricercatori dell’Università di Tokyo presenta una valida alternativa al cobalto che in qualche modo può superare le prestazioni della chimica delle batterie all’avanguardia. Sopravvive anche a un gran numero di cicli di ricarica e la teoria sottostante può essere applicata ad altri problemi.
È probabile che tu stia leggendo questo articolo su un laptop o uno smartphone e, in caso contrario, probabilmente ne possiedi almeno uno. All’interno di entrambi i dispositivi, e di molti altri, troverai una batteria agli ioni di litio (LIB). Ormai da decenni, le LIB rappresentano il modo standard di alimentare dispositivi e macchine elettronici portatili o mobili. Mentre il mondo sta abbandonando i combustibili fossili, questi sono visti come un passo importante per l’uso nelle auto elettriche e nelle batterie domestiche per quelle dotate di pannelli solari. Ma proprio come le batterie hanno un’estremità positiva e un’estremità negativa, le LIB hanno punti negativi contrapposti a quelli positivi.
Per prima cosa, sebbene siano alcune delle fonti di energia portatili a maggiore densità di potenza disponibili, molte persone desiderano che le LIB possano produrre una maggiore densità di energia per farle durare più a lungo o alimentare macchine ancora più esigenti. Inoltre, possono sopravvivere a un gran numero di cicli di ricarica, ma si degradano anche con il tempo; sarebbe meglio per tutti se le batterie potessero sopravvivere a più cicli di ricarica e mantenere la loro capacità più a lungo. Ma forse il problema più allarmante delle attuali LIB risiede in uno degli elementi utilizzati per la loro costruzione.
Il cobalto è ampiamente utilizzato per una parte fondamentale delle LIB, gli elettrodi. Tutte le batterie funzionano in modo simile: due elettrodi, uno positivo e uno negativo, promuovono il flusso di ioni di litio tra loro in quello che viene chiamato elettrolita quando sono collegati a un circuito esterno. Il cobalto, tuttavia, è un elemento raro; così raro infatti che attualmente esiste una sola fonte principale: una serie di miniere situate nella Repubblica Democratica del Congo. Nel corso degli anni sono state segnalate molte questioni relative alle conseguenze ambientali di queste miniere, nonché alle condizioni di lavoro lì, compreso l’uso del lavoro minorile. Anche dal punto di vista dell’offerta, la fonte del cobalto è un problema a causa dell’instabilità politica ed economica nella regione.
“Ci sono molte ragioni per cui vogliamo abbandonare l’uso del cobalto per migliorare le batterie agli ioni di litio”, ha affermato il professor Atsuo Yamada del Dipartimento di ingegneria dei sistemi chimici. “Per noi la sfida è tecnica, ma il suo impatto potrebbe essere ambientale, economico, sociale e tecnologico. Siamo lieti di segnalare una nuova alternativa al cobalto utilizzando una nuova combinazione di elementi negli elettrodi, tra cui litio, nichel, manganese , silicio e ossigeno: tutti elementi molto più comuni e meno problematici da produrre e con cui lavorare.”
I nuovi elettrodi e l’elettrolita creati da Yamada e dal suo team non solo sono privi di cobalto, ma in qualche modo migliorano effettivamente la chimica delle batterie attuali. La densità energetica delle nuove LIB è superiore di circa il 60%, il che potrebbe equivalere a una maggiore durata, e può fornire 4,4 volt, rispetto a circa 3,2-3,7 volt delle tipiche LIB. Ma uno dei risultati tecnologici più sorprendenti è stato il miglioramento delle caratteristiche di ricarica. Le batterie testate con la nuova chimica sono state in grado di caricarsi e scaricarsi completamente per oltre 1.000 cicli (simulando tre anni di pieno utilizzo e ricarica), perdendo solo circa il 20% della loro capacità di stoccaggio.
“Siamo molto soddisfatti dei risultati ottenuti finora, ma arrivare fin qui non è stato privo di sfide. È stata una lotta cercare di sopprimere le varie reazioni indesiderate che si verificavano nelle prime versioni delle nostre nuove caratteristiche chimiche delle batterie e che avrebbero potuto ridurre drasticamente la longevità delle batterie. batterie”, ha detto Yamada. “E abbiamo ancora molta strada da fare, poiché ci sono ancora piccole reazioni da mitigare per migliorare ulteriormente la sicurezza e la longevità. Al momento, siamo fiduciosi che questa ricerca porterà a batterie migliorate per molte applicazioni, ma alcune, dove sono richieste estrema durabilità e durata, potrebbero non essere ancora soddisfatte.”
Sebbene Yamada e il suo team stessero esplorando applicazioni nelle LIB, i concetti alla base del loro recente sviluppo possono essere applicati ad altri processi e dispositivi elettrochimici, inclusi altri tipi di batterie, scissione dell’acqua (per produrre idrogeno e ossigeno), fusione di minerali, rivestimento elettrolitico e altro ancora.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
