Batterie a stato solido più efficienti? Basta una spruzzatina di grafene nell’elettrolita

Alcuni ricercatori della Brown University sono riusciti a risolvere i problemi di resistenza delle batterie a stato solido, aggiungendo un po' di grafene alla ceramica con cui è realizzato solitamente l'elettrolita interno.

Una batteria a stato solido, in cui l’elettrolita liquido che trasporta la carica viene sostituito appunto da un materiale solido, promette una serie di vantaggi prestazionali rispetto alle soluzioni odierne, ma pone anche alcuni importanti problemi da risolvere prima che possa essere impiegata con profitto. Proprio su questo hanno lavorato alcuni scienziati della Brown University, che mescolando un mix di ceramiche con il grafene, sono riusciti a produrre un elettrolita solido molto più affidabile rispetto a quelli impiegati fino ad oggi.

L’elettrolita svolge un ruolo fondamentale all’interno di una batteria, essendo il mezzo attraverso cui gli ioni viaggiano avanti e indietro tra anodo e catodo durante i cicli di carica e scarica della batteria. I liquidi usati attualmente però sono altamente volatili e comportano un rischio di incendio in caso di cortocircuito della batteria. Gli elettroliti a stato solido invece non soffrono di problemi di sicurezza e garantiscono inoltre una maggiore densità energetica, consentendo anche l’aggiornamento di altri componenti della batteria.

Ad esempio, l’anodo è in genere costituito da rame e grafite, ma gli scienziati ritengono che un elettrolita solido consentirebbe alla batteria di funzionare con un anodo di litio puro, ottenendo prestazioni assai superiori. Purtroppo però integrare un elettrolita solido non è esattamente facile, perché i materiali impiegati fino ad oggi sono soggetti a rottura e corrosione di altre parti della batteria.

I ricercatori della Brown University credono di poter superare questo inconveniente aggiungendo un pizzico di grafene, materiale noto per le sue tante caratteristiche eccezionali, dalla leggerezza alla conducibilità elettrica. Proprio quest’ultimo però è un aspetto che avrebbe potuto inficiarne l’utilizzo. “L’elettrolita deve condure ioni, non elettricità”, ha spiegato l’autore dello studio, Nitin Padture. “Il grafene è un buon conduttore elettrico, quindi inserirlo come componente dell’elettrolita potrebbe sembrare rischioso, ma mantenendone abbastanza bassa la concentrazione è possibile impedire al grafene di condurre elettricità, ottenendo comunque il vantaggio strutturale desiderato”.

Il team sostiene di aver individuato il punto di equilibrio perfetto combinando una certa quantità di minuscole piastrine di ossido di grafene con una polvere di ceramica e quindi riscaldando la miscela per formare un composito ceramico-grafene. Dai test sembrerebbe dunque che il materiale elettrolitico così ottenuto sia due volte più resistente della sola ceramica, senza però interferire con il normale funzionamento della batteria.

“Quello che sta accadendo è che quando inizia ad aprirsi una crepa nell’elettrolita solido, le piastrine in grafene tengono essenzialmente insieme le superfici rotte in modo che per allargare la crepa sia necessaria una quantità di energia particolarmente elevata”, ha aggiunto Christos Athanasiou, un altro degli autori dello studio. Ora i ricercatori sperano che, con un ulteriore sviluppo, possa farsi strada in dispositivi per applicazioni quotidiane, ed hanno quindi in programma di sperimentare alternative al grafene e diversi tipi di ceramiche per migliorare ulteriormente le prestazioni di questo nuovo elettrolita solido.