Autonomia triplicata per batterie con anodo di litio

In tutto il mondo sono in corso studi su nuovi materiali che potrebbero essere utilizzati per realizzare batterie ricaricabili. Mentre una startup californiana ha pensato di sostituire l’elettrolita, i ricercatori della Stanford University hanno ottenuto un incremento dell’efficienza, progettando un anodo di litio puro. Una simile batteria potrebbe essere integrate nei dispositivi elettronici, ma anche nelle auto elettriche.

Le batterie ricaricabili più diffuse oggi contengono un elettrolita composto da ioni di litio. Per l’elettrodo negativo viene generalmente usata la grafite, mentre per l’elettrodo positivo si possono usare diversi ossidi metallici contenenti ferro, cobalto o manganese. Tra tutti i materiali che possono essere usati per l’anodo, il litio è quello che presenta le migliori proprietà. Infatti, possiede la densità energetica più elevata, quindi è possibile realizzare batterie più potenti, più leggere e più piccole.

Durante la carica, gli ioni di litio sono attratti dall’anodo, che si espande in modo limitato. Il litio, invece, subirebbe un’espansione “virtualmente illimitata”, provocando la comparsa di fessure sulla superficie esterna, dalle quali uscirebbero gli ioni di litio, formando strutture ramificate, denominate dendriti. Queste ultime creano corto circuiti e riducono la durata della batteria. Il secondo problema è l’elevata reattività dell’anodo di litio con l’elettrolita. Infine, il calore generato dal contatto tra elettrolita e anodo potrebbe causare esplosioni.

Per risolvere questi problemi, i ricercatori hanno creato uno strato protettivo per l’anodo di litio composto da nanosfere di carbonio, spesso solo 20 nanometri, che bloccano la reazione chimica con l’elettrolita e resistono all’espansione del litio durante la carica. Grazie alle nanosfere, l’efficienza coulombica della batteria con anodo di litio raggiunge il 99% anche dopo 150 cicli di carica/scarica. In precedenza, con anodo non protetto, il valore non superava il 50% dopo 100 cicli.

Con nuovi elettroliti e modifiche ingegneristiche, si potrebbe raggiungere un’efficienza del 99,9% e quindi realizzare batterie ricaricabili per smartphone con un’autonomia doppia o tripla rispetto a quella disponibile oggi, oppure per auto elettriche che possono percorrere 300 miglia (circa 480 Km) con un “pieno di corrente”.