I ricercatori dell’Università del Maryland che studiano il modo in cui le batterie al litio si guastano hanno sviluppato una nuova tecnologia che potrebbe consentire la realizzazione di veicoli elettrici (EV) di prossima generazione e altri dispositivi meno inclini agli incendi delle batterie, aumentando allo stesso tempo lo stoccaggio di energia.
Il metodo innovativo, presentato in un articolo pubblicato mercoledì sulla rivista Natura, sopprime la crescita dei dendriti di litio, strutture dannose simili a rami che si sviluppano all’interno delle cosiddette batterie al litio allo stato solido, impedendo alle aziende di commercializzare su larga scala la promettente tecnologia. Ma questo nuovo progetto per un “interstrato” di batteria, guidato dal professore del Dipartimento di ingegneria chimica e biomolecolare Chunsheng Wang, ferma la formazione di dendriti e potrebbe aprire la porta alla produzione di batterie allo stato solido per veicoli elettrici.
Almeno 750.000 veicoli elettrici immatricolati negli Stati Uniti funzionano con batterie agli ioni di litio, popolari per il loro elevato accumulo di energia ma contenenti un componente elettrolitico liquido infiammabile che brucia se surriscaldato. Sebbene nessuna agenzia governativa tenga traccia degli incendi dei veicoli per tipo di auto e gli incendi delle batterie delle auto elettriche sembrino essere relativamente rari, essi comportano rischi particolari; il National Transportation Safety Board riferisce che i primi soccorritori sono vulnerabili ai rischi per la sicurezza, tra cui scosse elettriche e esposizione a gas tossici emanati da batterie danneggiate o in fiamme.
Le batterie interamente allo stato solido potrebbero portare a automobili più sicure degli attuali modelli elettrici o a combustione interna, ma creare una strategia per aggirare gli inconvenienti è stato laborioso, ha affermato Wang. Quando queste batterie vengono utilizzate alle elevate capacità e velocità di carica-scarica richieste dai veicoli elettrici, i dendriti di litio crescono verso il lato del catodo, causando cortocircuiti e un decadimento della capacità.
Lui e il socio post-dottorato Hongli Wan hanno iniziato a sviluppare una teoria per la formazione della crescita dei dendriti di litio nel 2021; rimane una questione di dibattito scientifico, hanno detto i ricercatori.
“Dopo aver capito questo aspetto, abbiamo proposto l’idea di riprogettare gli interstrati in modo da sopprimere efficacemente la crescita dei dendrite di litio”, ha affermato.
La loro soluzione è unica perché stabilizza le interfacce della batteria tra l’elettrolita solido e l’anodo (dove gli elettroni provenienti da un circuito entrano nella batteria) e l’elettrolita e il catodo (dove l’energia fuoriesce dalla batteria). La nuova struttura della batteria aggiunge uno strato intermedio ricco di fluoro che stabilizza il lato del catodo, nonché una modifica dell’interstrato dell’anodo con magnesio e bismuto, sopprimendo il dendrite del litio.
“Le batterie allo stato solido sono di nuova generazione perché possono raggiungere un’elevata energia e sicurezza. Nelle batterie attuali, se si raggiunge un’elevata energia, si sacrificherà la sicurezza”, ha affermato Wang.
I ricercatori hanno altre sfide da risolvere prima che il prodotto entri nel mercato. Per commercializzare tutte le batterie allo stato solido, gli esperti dovranno ridurre lo strato di elettrolita solido per ottenere uno spessore simile a quello dell’elettrolita delle batterie agli ioni di litio, il che migliorerà la densità di energia – o la quantità di energia che la batteria può immagazzinare. Gli alti costi dei materiali di base rappresentano un’altra sfida, ha affermato il team.
Con l’obiettivo di lanciare le nuove batterie sul mercato entro il 2026, il produttore di batterie avanzate Solid Power prevede di avviare le prove della nuova tecnologia per valutarne il potenziale di commercializzazione. La ricerca continua mira ad aumentare ulteriormente la densità energetica, hanno affermato i ricercatori.
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