La ricerca è fondamentale e, quando si tratta di accumulatori, gli obiettivi sono due: ridurre il peso delle batterie e, al tempo stesso, migliorare la capacità di immagazzinare kWh. In sostanza, si tratta di incrementare la densità energetica. Così le auto elettriche avranno ancora maggiore autonomia, ma con masse decisamente nella norma (se si prendono come riferimento quelle con motore endotermico). Recentemente, e solo per citare un caso, Stellantis ha svelato in che direzione sta lavorando per migliorare le prestazioni delle proprie auto elettriche.
Protagonisti assoluti sono i pacchi batteria agli ioni di litio, che pur essendosi evoluti nel tempo, non sono in grado di garantire quanto appena asserito. Nella miriade di possibili alternative che la scienza è pronta ad offrire, una potrebbe essere rappresentata dal fluoruro. Come dimostra una ricerca di un team di ricercatori del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti.
Prima di entrare nel dettaglio, bisogna dare maggiori chiarimenti su una strada intrapresa dal settore della batterie. Se gli ioni di litio sono lo standard, chimiche alternative come il litio metallico offrono una densità di energia fino a due volte superiore; ciò significa che il peso delle batterie è decisamente più basso. Questo genere di accumulatore, che al momento non esiste in una forma industrializzata, è particolarmente sensibile alla carica e alla scarica. Significa che dopo una serie di cicli (meno di cento) le prestazioni peggiorano e la loro impressionante densità svanisce. Una situazione poco adatta all’auto elettrica, che invece di questi cicli deve subirne potenzialmente migliaia.
La soluzione a questo problemo arriva da un team di ricercatori guidato da Zhengcheng (John) Zhang presso la divisione di scienze chimiche e ingegneria dell’Argonne National Laboratory. Il fluoruro di cui sopra, esattamente quello che si lega al calcio e al fosfato per rinforzare la struttura del dente e ridurre la perdita di minerali, può aiutare le batterie al litio metallico a durare più a lungo.
In sostanza il team ha sviluppato un nuovo elettrolita con un solvente al fluoruro che forma uno strato protettivo sugli elettrodi della batteria, consentendo centinaia di cicli di carica-scarica e mantenendo prestazioni elevate.
Questo genere di accumulatori è formato da un anodo, ossia l’elettrodo negativo, di litio metallico al posto della grafite normalmente impiegata nelle batterie agli ioni di litio. Da qui appunto la denominazione batteria al litio metallico. Il catodo, ovvero l’elettrodo positivo, è un ossido di metallo che contiene nichel, manganese e cobalto (NMC).
In questo genere di batterie l’elettrolita è un liquido costituito da un sale contenente litio disciolto in un solvente. La fonte del problema riferita al breve ciclo di vita, è dovuta al fatto che l’elettrolita non forma uno strato protettivo sulla superficie dell’anodo proprio durante i primi cicli. Questo strato è di vitale importanza, perché consente agli ioni di litio di passare liberamente dentro e fuori dall’anodo per caricare e scaricare la batteria.
Attraverso un componente fluorurato a carica positiva (catione) con un altro componente fluorurato a carica negativa (anione), la squadra di i ricercatori guidata da Zhengcheng (John) Zhang, è riuscita a realizzare un robusto strato protettivo per centinaia di cicli. Sarà questa la strada per accumulatori ad alta densità energetica e, quindi, per ridurre il peso delle batterie? Staremo a vedere. Di sicuro, i migliori ricercatori di tutto il mondo sono al lavoro su questo aspetto: i risultati non tarderanno ad arrivare.
Testo di Cesare Cappa
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