Sempre più vicini agli aerei elettrici

Un materiale innovativo per batterie elettriche potrebbe abilitare veicoli elettrici a lungo raggio in grado di viaggiare per centinaia di chilometri con una singola carica e aerei elettrici eVTOL per spostamenti veloci e rispettosi dell’ambiente.

di Lisa Ovi

Alla ricerca di una batteria ricaricabile in grado di alimentare veicoli elettrici (EV) per centinaia di chilometri con una singola carica, ricercatori del Lawrence Berkeley National Laboratory, laboratorio del dipartimento dell’energia statunitense, in collaborazione con la Carnegie Mellon University, hanno cercato di sostituire gli anodi di grafite attualmente utilizzati nelle batterie dei veicoli elettrici con anodi al litio metallico. La ricerca è stata pubblicata da Nature Materials.

Per quanto le batterie al litio possano estendere la durata della carica di un veicolo elettrico del 30-50%, la loro vita stessa viene ridotta dalla presenza di dendriti al litio, piccoli difetti che ramificano sull’anodo al litio nel corso di ripetuti cicli di carica e scarica. Oltre a limitare la durata della vita di una batteria, questi dendriti, se entrano in contatto con il catodo, sono in grado di mandare in corto circuito le celle della batteria.

Per decenni, i ricercatori hanno ipotizzato che elettroliti duri e solidi, come quelli creati in ceramica, si sarebbero rivelati i più efficienti per impedire ai dendriti di farsi strada attraverso una cella. Questo approccio, purtroppo, non impedisce ai dendriti di formarsi e ramificare gradualmente fino a diffondersi ovunque in una batteria.

La nuova classe di elettroliti morbidi e solidi descritta dai ricercatori, si è dimostrata capace di sopprimere i dendriti nella fase iniziale, prima che possano propagarsi e causare il guasto della batteria. Creati con una combinazione di polimeri e ceramiche, i nuovi elettroliti sono in grado di fornire un’alta densità di energia unita a un’eccellente sicurezza, ma la tecnologia deve superare alcune sfide di produzione legate all’utilizzo di materiali diversi.

La chiave del progetto di questi nuovi elettroliti sia morbidi che solidi è stata l’uso di polimeri morbidi di microporosità intrinseca, o PIM, i cui pori sono stati riempiti con particelle di ceramica su nanoscala. Poiché l’elettrolito rimane un materiale flessibile, i produttori di batterie saranno in grado di produrre rotoli di fogli di litio con l’elettrolito come laminato tra l’anodo e il separatore della batteria. Questi sottogruppi di elettrodi di litio, o LESA, rappresentano un interessante sostituto per i convenzionali anodi di grafite, e consentono ai produttori di batterie di non alterare le attuali linee di assemblaggio.

Per dimostrare le capacità di soppressione dei dendrite del nuovo elettrolita composito PIM, i ricercatori hanno utilizzato la strumentazione a raggi X dell’Advanced Light Source del Berkeley Lab per creare immagini 3D dell’interfaccia tra litio metallico ed elettrolita e visualizzare le condizioni del litio dopo 16 ore ad alta corrente. Con il nuovo elettrolita composito PIM, i ricercatori hanno osservato una crescita continua e regolare di litio, laddove in sua assenza l’interfaccia mostrava segni rivelatori delle prime fasi della crescita dendritica. Questi e altri dati hanno confermato le previsioni di un nuovo modello fisico per l’elettrodeposizione di litio metallico, che tiene conto delle caratteristiche chimiche e meccaniche degli elettroliti solidi.

Sono autori dello studio Brett Helms, ricercatore del Berkeley Lab’s Molecular Foundry, e Venkat Viswanathan, professore associato di ingegneria meccanica e docente presso lo Scott Institute for Energy Innovation della Carnegie Mellon University.

(lo)

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