Le cosiddette batterie a stato solido rappresentano una delle evoluzioni più concrete per le attuali batterie al litio. Già esistenti, sono in grado potenzialmente di prolungare notevolmente la vita dei veicoli elettrici e dei dispositivi mobili, grazie alla capacità di contenere molta più energia al proprio interno, aumentando al contempo la sicurezza. Alcuni limiti tecnici però ne hanno fino ad ora limitato l’adozione. I ricercatori del prestigioso MIT (Massachusetts Institute of Technology), hanno però trovato una soluzione davvero brillante che promette di portare in breve tempo a batterie molto più sicure e performanti.
Come sappiamo, nelle attuali batterie, viene impiegato un elettrolita liquido come mezzo attraverso il quale gli ioni di litio viaggiano avanti e indietro tra l’anodo e il catodo mentre la batteria viene caricata e scaricata. Questo liquido però è altamente volatile e talvolta può provocare un incendio della batteria, come accaduto ad esempio alcuni anni fa per lo smartphone Samsung Galaxy Note 7, che dovette essere ritirato dal mercato.
Se inoltre fosse possibile nelle batterie a stato solido utilizzare un anodo di puro litio sarebbe possibile raggiungere una densità energetica molto maggiore, come dimostrato anche in un recente studio. Purtroppo però al momento c’è un problema: ogni volta che si carica una batteria al litio, gli atomi si accumulano all’interno del metallo causandone l’espansione, mentre durante l’uso diminuiscono causando una contrazione. Questo movimento continuo non consente, all’interno di una batteria allo stato solido, di mantenere costante il contatto tra l’anodo e l’elettrolita solido e può anche portare alla formazione di fratture nell’elettrolita stesso.
Per risolvere il problema, gli scienziati del MIT hanno realizzato un particolare anodo in cui il litio è unito a una combinazione di materiali solidi, noti come conduttori ionico-elettronici misti (MIEC), e isolanti elettronici agli ioni di litio (ELI), integrati in un’architettura tridimensionale di nano-tubi che formano strutture a nido d’ape. In questo modo, poiché all’interno di ciascuno dei nano-tubi c’è spazio aggiuntivo, il litio ha modo di espandersi e restringersi durante i cicli di carica e scarica, senza provocare danni e, al tempo stesso, senza perdere mai il contatto elettrico con l’elettrolita solido.
Il nuovo sistema potrebbe portare ad anodi sicuri che pesano solo un quarto delle loro controparti convenzionali nelle attuali batterie agli ioni di litio, conservandone però al contempo la capacità di stoccaggio. Se combinata con nuove tecnologie per realizzare versioni leggere dell’altro elettrodo, il catodo, questa soluzione potrebbe portare a ridurre sostanzialmente il peso complessivo delle batterie agli ioni di litio. Inoltre i materiali necessari, principalmente manganese, sono significativamente più economici del nichel o del cobalto utilizzati da altri sistemi, quindi questi catodi potrebbero costare fino a un quinto delle versioni convenzionali.
Secondo il team, batterie del genere in futuro potrebbero consentire la realizzazione di smartphone che potrebbero essere caricati solo una volta ogni tre giorni, senza per questo renderli più pesanti o ingombranti. Questo però è solo uno studio, ora gli scienziati dovranno trovare il modo di rendere industrialmente applicabile tutto questo. Finora il team ha infatti costruito e testato (con successo) solo piccoli dispositivi su scala di laboratorio, tuttavia la soluzione dovrebbe essere scalabile assai velocemente, come ha spiegato il professor Ju Li, docente di Scienze e Ingegneria Nucleare e di Scienza e Ingegneria dei Materiali presso la Battelle Energy Alliance e co-autore dello studio.
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