Da Harvard una batteria al litio ancora performante dopo 6mila cicli di ricarica

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Un team di ricerca ha sviluppato in laboratorio una batteria al litio allo stato solido che si ricarica in pochi minuti e mantiene l'80% di capacità residua dopo migliaia di cicli, grazie alla placcatura uniforme del litio su micro particelle di silicio nell'anodo.

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Una batteria al litio allo stato solido che dopo 6mila cicli di ricarica ha ancora l’80% di capacità residua e che si può ricaricare molto rapidamente (circa 10 minuti).

È l’innovazione raggiunta in laboratorio da un gruppo di ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (Seas), negli Stati Uniti.

La batteria sviluppata in America è grande quanto un francobollo, con dimensioni 10-20 volte maggiori rispetto alle batterie “a bottone” realizzate solitamente nei laboratori universitari.

La sfida ora è portare la nuova tecnologia sul mercato: la tecnologia, spiega una nota divulgativa della Seas, è stata concessa in licenza attraverso l’Harvard Office of Technology Development a Adden Energy, una società spin-off di Harvard co-fondata da Xin Li (professore associato di scienza dei materiali e autore senior dello studio) e da tre ex studenti dell’ateneo Usa.

L’azienda intanto ha ampliato la tecnologia per costruire una batteria a marsupio delle dimensioni di uno smartphone. Un punto importante della ricerca americana, pubblicata su Nature Materials con il titolo “Fast cycling of lithium metal in solid-state batteries by constriction-susceptible anode materials” è che non solo descrive un nuovo modo di realizzare batterie allo stato solido con un anodo di litio metallico, ma offre anche una nuova comprensione dei materiali utilizzati per queste batterie potenzialmente rivoluzionarie.

Secondo Xin Li, “le batterie agli anodi metallici al litio sono considerate il Santo Graal delle batterie perché hanno dieci volte la capacità degli anodi di grafite commerciali e potrebbero aumentare drasticamente l’autonomia di guida dei veicoli elettrici”.

Uno dei principali problemi nel progettare queste batterie è la formazione di dendriti sulla superficie dell’anodo, evidenzia il team di ricerca.

I dendriti sono sottili strutture filamentose che crescono come radici nell’elettrolita e perforano la barriera che separa l’anodo e il catodo; possono causare un cortocircuito o addirittura un incendio.

Questi dendriti, prosegue la nota dell’Università Usa, si formano quando gli ioni di litio si spostano dal catodo all’anodo durante la carica, attaccandosi alla superficie dell’anodo in un processo chiamato “placcatura” e creando così una superficie irregolare e disomogenea.

Nel 2021, Li e il suo team hanno progettato una batteria multistrato, che inserisce materiali diversi con stabilità variabile tra l’anodo e il catodo. Questo design ha fermato la penetrazione dei dendriti di litio, senza arrestarli del tutto ma controllandoli e contenendoli.

Nella nuova ricerca, i ricercatori hanno impedito la formazione di dendriti utilizzando micro particelle di silicio nell’anodo: il risultato è una placcatura omogenea di uno spesso strato di litio metallico.

In sostanza, “il litio metallico viene avvolto attorno alla particella di silicio, come un guscio di cioccolato duro attorno a un nucleo di nocciola in un tartufo di cioccolato”, afferma Li.

Queste particelle rivestite creano quindi una superficie omogenea, su cui la densità di corrente è distribuita in modo uniforme, impedendo la crescita dei dendriti. Inoltre, poiché la placcatura e la sua rimozione possono avvenire rapidamente su una superficie piana, la batteria può ricaricarsi in appena una decina di minuti.

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