Altre volte qui su FuturoProssimo abbiamo parlato di batterie e delle promettenti innovazioni legate all’ambito dell’energia portatile. I problemi che la ricerca scientifica si trova a dover superare sono legati alla durabilità delle batterie, alla potenza erogata, al loro smaltimento e, sicuramente, alla loro stabilità quando esposte a temperature estreme.
I ricercatori dell’Università della California, a San Diego, potrebbero aver trovato la soluzione a questo ultimo problema: delle batterie agli ioni di litio ad alta densità che lavorano bene sia a temperature gelide che roventi, ma non rinunciano ad una buona performance (anzi).
I risultati ottenuti dalle batterie
Nei test, le batterie di prova hanno conservato l’87,5% e il 115,9% della loro capacità energetica rispettivamente a -40°C e +50°C . Inoltre, a queste temperature hanno registrato un’elevata efficienza coulombiana, rispettivamente del 98,2% e del 98,7%, il che significa che le batterie possono essere sottoposte a più cicli di carica prima di smettere di funzionare. Zheng Chen, professore di nanoingegneria presso la Jacobs School of Engineering dell’UC San Diego e autore senior dello studio (che vi linko qui) ha spiegato:
È necessaria un’efficienza ad alta temperatura in aree in cui la temperatura ambiente può raggiungere più di 40-50°C e le strade sono ancora più calde. Nei veicoli elettrici, i pacchi batteria si trovano in genere sotto il pianale, a ridosso dell’asfalto rovente.
Chen ha poi aggiunto che ”le batterie si riscaldano anche solo per il passaggio di corrente durante il normale funzionamento. Se le batterie non sono in grado di sopportare questo riscaldamento ad alta temperatura, le loro prestazioni si riducono rapidamente”.
La chimica delle nuove batterie ad alta densità
Le batterie ad alta densità sviluppate da Chen e colleghi tollerano sia il freddo che il caldo grazie al loro elettrolita. Questo, infatti, è costituito da una soluzione liquida di dibutil-etere mescolata con un sale di litio. Una caratteristica particolare del dibutil-etere è che le sue molecole si legano debolmente agli ioni di litio. In altre parole, le molecole dell’elettrolita possono facilmente lasciare andare gli ioni di litio durante il funzionamento della batteria.
Questa debole interazione molecolare, hanno scoperto i ricercatori in uno studio precedente, migliora le prestazioni della batteria a temperature inferiori allo zero. Inoltre, il dibutil-etere può sopportare facilmente il calore perché rimane liquido ad alte temperature (ha un punto di ebollizione di 141°C).
Altra particolarità di questo elettrolita? È compatibile con le batterie al litio-zolfo, un tipo di batteria ricaricabile con un anodo in litio-metallo e un catodo in zolfo. Le batterie al litio-zolfo sono una parte essenziale delle tecnologie di prossima generazione perché promettono densità energetiche più elevate e costi inferiori. Possono immagazzinare fino a due volte più energia per chilogrammo rispetto alle attuali batterie agli ioni di litio: ciò potrebbe raddoppiare l’autonomia dei veicoli elettrici senza aumentare il peso del pacco batterie. Inoltre, lo zolfo è più abbondante e meno problematico da reperire rispetto al cobalto utilizzato nei catodi delle batterie agli ioni di litio tradizionali.
Fantastico! Ma c’è un MA…
Le batterie al litio-zolfo presentano comunque dei problemi. Sia il catodo che l’anodo sono super reattivi. I catodi di zolfo sono così reattivi che si dissolvono durante il funzionamento della batteria. Questo problema peggiora alle alte temperature. Inoltre, gli anodi di litio-metallo sono soggetti alla formazione di strutture aghiformi chiamate dendriti che possono perforare parti della batteria, causandone il cortocircuito. Di conseguenza, le batterie al litio-zolfo durano solo fino a decine di cicli.
Nuove batterie ad alta densità: le prospettive
In sintesi, queste batterie ad alta densità potrebbero consentire ai veicoli elettrici nei climi freddi di viaggiare più a lungo con una singola carica; potrebbero inoltre ridurre la necessità di sistemi di raffreddamento per evitare il surriscaldamento dei pacchi batteria dei veicoli nei climi caldi.
Vedremo se questa tecnologia troverà spazio in questa che sta diventando una vera e propria gara per la creazione di una batteria in grado di rivoluzionare il mondo dei veicoli elettrici. Ogni ricerca pubblicata rappresenta sicuramente un passo importante verso la transizione all’elettrico e, ci auguriamo, anche verso una maggiore sostenibilità.
