La nuova frontiera delle batterie Litio-Metallo

Il panorama dello storage è in continua evoluzione. Da una parte si ricercano nuove tecnologie, dall’altra si lavora per migliorare le performance dei sistemi di accumulo più utilizzati. Un nuovo passo avanti è stato compiuto da un team di ricercatori dell’University of Michigan che si è occupato delle batterie Litio-Metallo. Le migliorie apportate permettono di duplicare l’output delle celle Litio-ioni oggi in commercio senza aumentarne l’ingombro.

L’innovazione sta nell’utilizzo di un elettrolita ceramico solido che permette di sfruttare tutte le potenzialità delle batterie Litio-Metallo mitigandone i ben noti svantaggi (elevata degradazione e rischio di incendio).

Le batterie Litio-Metallo

In passato, lo sviluppo delle batteria Litio-Metallo con elettroliti liquidi ha subito un netto arresto a causa della facilità con la quale esse si incendiavano durante il processo di carica.  La propensione alla combustione era causata dalla presenza dell’elettrolita liquido. Infatti, gli atomi dell’elettrolita tendevano a creare dei filamenti chiamati “dendriti” sulla superficie degli elettrodi metallici. Queste strutture da una parte acceleravano il processo di degradazione delle celle e dall’altra potevano causare un cortocircuito all’interno della batteria che facilmente accendeva l’elettrolita infiammabile. Questo inconveniente venne superato nelle batterie Litio-ioni in cui gli elettrodi in grafite evitano la formazione dei dendriti, a scapito della densità di energia delle celle.

La ricerca

Il gruppo dell’Università del Michigan ha pensato di ricoprire la superficie degli elettrodi con uno strato ceramico che previene la formazione dei dendriti. In questo modo è possibile sfruttare l’elevata densità di energia e l’elevata conduttività delle batterie Litio-Metallo. Per avere un’idea, basti pensare che le attuali batterie Litio-Ioni hanno una densità di energia di 600 Wh/L, mentre le celle con elettrolita solido possono raggiungere i 1200 Wh/L. Se i precedenti studi riguardanti elettroliti solidi nelle batterie Litio-Metallo avevano ridotto ma non eliminato la formazione dei dendriti, questa nuova ricerca sembra aver aggirato il problema. La superficie di metallo viene stabilizzata mediante un trattamento fisico e chimico che prevede anche una fase di riscaldamento fino a raggiungere 1800 gradi Fahrenheit. Inoltre, questo particolare trattamento permette di incrementare la velocità di carica di dieci volte, paragonabile a quella delle batterie Litio-ioni. Rispetto a queste, però, queste nuove celle sembrano meno sensibili ai continui cicli di carica/scarica a cui sono sottoposte le celle. Jeff Sakamoto, il professore che dirige il gruppo di ricerca, commenta così i risultati ottenuti:

Questa innovazione potrebbe rappresentare un game-changer — un netto cambiamento nel paradigma di funzionamento delle batterie

Le immediate applicazioni dell’innovazione potrebbero portare ad un notevole aumento dell’autonomia dei veicoli elettrici e dei dispositivi elettronici.