Il MIT ha sviluppato un nuovo catodo basato su molecole organiche per le ricaricabili a ioni di litio, aprendo una nuova strada nella catena di approvvigionamento
Catodo organico, la rivoluzione per le batterie Li-Ion
(Rinnovabili.it) – Una batteria a ioni litio senza cobalto e nichel ad alte prestazioni potrebbe parzialmente riscrivere la geopolitica dell’approvvigionamento di materie prime per l’accumulo. A tentare l’impresa è oggi un gruppo di ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT), creatore di un nuovo catodo a base organica. Il team ha dimostrato che questo materiale potrebbe non solo abbassare i prezzi delle ricaricabili (essendo prodotto a un costo relativamente basso) ma anche condurre l’elettricità a velocità simili a quelle delle batterie contenenti cobalto. Vantando buone performance anche in termini di capacità e una velocità di ricarica superiore alle tradizionali batterie a ioni di litio.
“Penso che questo materiale potrebbe avere un grande impatto perché funziona davvero bene”, ha affermato Mircea Dincă, professore di energia al MIT e a capo del gruppo di scienziati. “È già competitivo con le tecnologie esistenti e può far risparmiare molti costi, difficoltà e problemi ambientali legati all’estrazione dei metalli che attualmente vanno nelle batterie”.
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Batterie a ioni litio senza cobalto, una necessità
Beninteso: non si tratta della prima batteria a ioni litio senza cobalto.
Le performance del cobalto nell’accumulo elettrochimico sono rinomate ma gli svantaggi che porta con sé ne hanno fatto sempre un elemento critico. E’ un metallo raro, il suo prezzo può aumentare rapidamente e gran parte dei depositi mondiali si trovano in paesi politicamente instabili. Inoltre le operazioni di estrazione rappresentano un pericolo per il lavoratori e generano rifiuti tossici che contaminano il terreno, l’aria e l’acqua circostanti alle miniere. Ecco perché nel tempo sono state studiate diverse alternative, alcune delle quali hanno anche raggiunto il mercato. Come nel caso delle batterie litio-ferro-fosfato (LFP), che alcuni produttori auto stanno iniziando a utilizzare nei veicoli elettrici. Il problema? I dispositivi LFP hanno circa la metà della densità energetica delle batterie al litio contenenti cobalto.
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Il catodo in TAQ non teme confronti
La nuova batteria del MIT sostituisce questa materia prima critica – impiegata a livello del catodo – con un composto stratificato di TAQ (bis-tetraamminobenzochinone), una piccola molecola organica. Questi strati possono estendersi verso l’esterno in ogni direzione, formando una struttura simile alla grafite. E grazie alla presenza di particolari gruppi chimici nella struttura, può formare forti legami con l’idrogeno che rendono il materiale altamente stabile e insolubile. Ma per stabilizzarlo ulteriormente i ricercatori hanno aggiunto piccole quantità di materiali di riempimento come cellulosa e gomma.
Il risultato è sorprendente. Il nuovo catodo organico ha mostrato una conduttività e una capacità di accumulo (densità di energia di 765 Wh/kg) paragonabili a quelle delle tradizionali ricaricabili al litio contenenti cobalto. Inoltre, le batterie con catodo TAQ possono essere caricate e scaricate in soli 6 minuti, elemento che potrebbe accelerare i tempi di ricarica dei veicoli elettrici. Lo studio del MIT è stato pubblicato su ACS Central Science (testo in inglese).
