Nuova batteria allo stato solido si ricarica in pochi minuti e dura migliaia di cicli

Roma – I ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) hanno sviluppato una nuova batteria al litio metallico che può essere caricata e scaricata almeno 6.000 volte – più di qualsiasi altra batteria a sacchetto – e può essere ricaricata in pochi minuti. La ricerca non solo descrive un nuovo modo di realizzare batterie allo stato solido con un anodo di litio metallico, ma offre anche una nuova comprensione dei materiali utilizzati per queste batterie potenzialmente rivoluzionarie. La ricerca è stata pubblicata su “Nature Materials” . “Le batterie con anodi al litio metallico sono considerate il Santo Graal delle batterie perché hanno dieci volte la capacità di quelle con gli anodi di grafite in commercio e potrebbero aumentare drasticamente l’autonomia di guida dei veicoli elettrici”, ha affermato Xin Li, professore associato di scienza dei materiali presso la SEAS e autore senior dello studio, che ha aggiunto: “La nostra ricerca rappresenta un passo importante verso batterie allo stato solido più pratiche per applicazioni industriali e commerciali”. Una delle maggiori sfide nella progettazione di queste batterie è la formazione di dendriti sulla superficie dell’anodo. Queste strutture crescono come radici nell’elettrolita e perforano la barriera che separa l’anodo e il catodo, provocando il cortocircuito o addirittura l’incendio della batteria. Questi dendriti si formano quando gli ioni di litio si spostano dal catodo all’anodo durante la carica, attaccandosi alla superficie dell’anodo in un processo chiamato placcatura. La placcatura sull’anodo crea una superficie irregolare e non omogenea, come la placca sui denti, e consente ai dendriti di attecchire. Nel 2021, Li e il suo team hanno sviluppato un modo per affrontare i dendriti progettando una batteria multistrato che inserisce materiali diversi con stabilità variabile tra l’anodo e il catodo. Questo design multistrato e multimateriale ha impedito la penetrazione dei dendriti di litio non arrestandoli del tutto, ma piuttosto controllandoli e contenendoli. In questa nuova ricerca, Li e il suo team sono riusciti a impedire completamente la formazione di dendriti utilizzando particelle di silicio nell’anodo per restringere la reazione di litiazione e facilitare la placcatura omogenea di uno spesso strato di litio metallico. In questo modo, quando gli ioni di litio si spostano dal catodo all’anodo durante la carica, ioni si attaccano alla superficie della particella di silicio ma non penetrano ulteriormente. “Nel nostro progetto, il litio metallico viene avvolto attorno alla particella di silicio, come un guscio di cioccolato duro attorno a un nucleo di nocciola in un tartufo al cioccolato”, ha detto Li. Queste particelle rivestite creano una superficie omogenea su cui la densità di corrente è distribuita uniformemente, impedendo la crescita dei dendriti. Inoltre, poiché la placcatura e la rimozione possono avvenire rapidamente su una superficie piana, la batteria può ricaricarsi in soli 10 minuti circa. I ricercatori hanno costruito una versione a sacchetto della loro batteria delle dimensioni di un francobollo. La batteria ha mantenuto l’80 per cento della sua capacità dopo 6.000 cicli, superando le altre batterie a sacchetto oggi disponibili sul mercato. La tecnologia è stata concessa in licenza attraverso l’Harvard Office of Technology Development ad Adden Energy, una società spin-off di Harvard cofondata da Li e da tre ex studenti di Harvard. Li e il suo team hanno inoltre caratterizzato le proprietà che consentono al silicio di restringere la diffusione del litio per facilitare il processo dinamico favorendo la placcatura omogenea del litio. Hanno poi definito un descrittore di proprietà unico per descrivere tale processo e lo hanno calcolato per tutti i materiali inorganici conosciuti. In tal modo, il team ha rivelato dozzine di altri materiali che potrebbero potenzialmente fornire prestazioni simili. (30science.com)