Un sottile strato metallico applicato ai comuni catodi delle batteria a ioni di litio apre le porte a prestazioni migliorate per lo storage mobile e di rete.
Silicio poroso e alluminia garantiscono batterie ricaricabili al litio stabili e con un’alta capacità
(Rinnovabili.it) – La combinazione di elettrodi ad alta densità di energia, come il silicio e il NMC (nichel-manganese-cobalto) possiede il potenziale per soddisfare la crescente domanda di batterie ricaricabili al litio per l’elettromobilità. Tuttavia questo potenziale è ancora chiuso in un cassetto. Attualmente la tecnologia a ioni di litio convenzionale fa affidamento su anodi a base di grafite, anziché in silicio, nonostante una capacità decisamente inferiore. Il motivo è semplice: il silicio è in grado di immagazzinare più ioni e dunque più energia rispetto alla grafite, ma nel farlo va incontro ad aumento del volume di quasi quattro volte, causando la rottura degli elettrodi.
Per superare l’ostacolo c’è chi come Sila Nanotechnologies, giovane società californiana, ha creato una sorta di gabbia microscopica in nanocomposito per trattenere il silicio. Una soluzione che promette addirittura un aumento della densità energetica del 20%.
Punta invece sull’approccio “Less is more” -vale a dire “meno è più” o “meno è meglio” – il lavoro svolto dagli ingegneri della Rice University.. Nello studio pubblicato in questi giorni su ACS Applied Energy Materials (testo in inglese) dell’American Chemical Society, gli ingegneri descrivono un meccanismo, precedentemente sconosciuto, attraverso il quale il litio viene intrappolato nelle batterie ricaricabili. Questo meccanismo aumenta la stabilità dei dispositivi ma nel contempo riduce il numero di volte in cui gli stessi possono essere caricati e scaricati a piena potenza.
Nel dettaglio la capacità massima per gli anodi in silicio è stimata in 4.000 mAh per grammo. Il team l’ha ridotta a 1.000 mAh per grammo, valore comunque più elevato di quello della grafite.
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“La capacità massima mette a dura prova il materiale, quindi questa è una strategia per ottenere una buona capacità senza lo stesso grado di stress”, spiega l’ingegnere biomolecolare Sibani Lisa Biswal. “1.000 mAh al grammo sono ancora un grande salto”.
Per ottenere questo risultato il gruppo, guidato dal collega Anulekha Haridas, ha accoppiato anodi di silicio porosi ad alta capacità (al posto della grafite) con i catodi in NMC ad alta tensione, rivestendo quest’ultimi con un sottilissimo strato protettivo di alluminia. Questo rivestimento assorbe parte del litio fino a saturarsi e quindi funge da catalizzatore per il trasporto rapido da e verso il catodo. I test hanno dimostrato che l’allumina ha accelerato la velocità di carica della batteria.
“Questo meccanismo di intrappolamento del litio – conclude Haridas – protegge efficacemente l’elettrodo – aiutando a mantenere una capacità stabile e una buona densità di energia”.
