Impiegata una nuova e complessa strategia di drogaggio per eliminare il cobalto in un catodo commerciale, migliorando nel contempo l'efficienza del nichel
95% di capacità iniziale mantenuta dopo 1.000 cicli
(Rinnovabili.it) – Create negli Stati Uniti le prime batterie al litio senza cobalto con una lunga durata. Il segreto? Impiegare solo nichel e alla concentrazione più bassa possibile.
L’eticità del cobalto e il caro prezzi del nichel
L’aumentata domanda di dispositivi di accumulo ricaricabili ha portato alla luce antichi ma poco conosciuti problemi delle batterie a ioni di litio. Il cobalto, uno degli ingredienti chiave delle moderne ricaricabili, ha una catena di approvvigionamento macchiata di sangue. Tre quinti del metallo impiegato a livello globale sono estratti in Congo dove per un buon 33% la fornitura è legata a miniere illegali e allo sfruttamento del lavoro minorile.
Mentre assicurare l’origine etica del cobalto diventava una necessità, la tecnologia agli ioni di litio ha dovuto affrontare un nuovo problema: il nichel, altro metallo irrinunciabile per le ricaricabili odierne, è entrato in una spirale di rincari. Oggi il suo prezzo supera i 22,7 dollari al chilo e la volatilità che lo ha accompagnato negli ultimi anni perdurerà a lungo con trend in continua crescita.
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La domanda per il settore dell’energy storage è una sola: come ridurre il contenuto di nichel ed eliminare il cobalto mantenendo un’elevata energia specifica e stabilità? Una risposta valida arriva oggi dall’Università della California, ad Irvine. Qui un team di ricercatori ha realizzato nuove batterie al litio senza cobalto, che impiegano anche la minor quantità di nichel possibile.
“Il nichel non ha problemi di lavoro minorile”, spiega Huolin Xin, professore di fisica e coordinatore del team di ricerca. “Fino ad ora, però, non rappresentava un sostituto pratico perché ne erano necessarie grandi quantità per creare batterie al litio. Noi siamo il primo gruppo ad aver inaugurato una strada a basso contenuto di nichel”.
Nuovo doping per le batterie al litio senza cobalto
Il gruppo di Xin ha impiegato tre anni per ideare un processo chiamato “drogaggio concentrato complesso”. Di cosa si tratta? Di una strategia che consente di aggiungere ai materiali piccole quantità di elementi droganti; ridotte percentuali di “impurità” capaci di modificare le proprietà elettroniche del materiale stesso. Applicato al catodo il processo permette di rinunciare al cobalto mentre aumenta l’efficienza del nichel.
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Le prime prove all’interno dell’ateneo hanno mostrato un’energia specifica relativamente elevata e prestazioni complessive degne di nota. Le batterie al litio senza cobalto hanno mantenuto il 95% circa della loro capacità iniziale dopo 1.000 cicli in celle a sacchetto.
Secondo lo scienziato la nuova chimica del nichel inizierà rapidamente a trasformare l’industria delle batterie agli ioni di litio. E l’industria auto sta aspettando con impazienza il momento di poter replicare i risultati dello studio. “I produttori di veicoli elettrici sono davvero entusiasti delle batterie a basso contenuto di nichel e molte aziende vogliono convalidare questa tecnica”, ha affermato Xin. “Vogliono fare test di sicurezza”. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature Energy (testo in inglese).
