E se la batteria “perfetta” fosse a metà tra stato solido e liquido?

In Canada si lavora a un elettrolita a base di cloruro, che garantisce maggiore conduttività grazie al movimento rotatorio degli anioni

Una rappresentazione grafica di come gli anioni, ruotando, spingono gli ioni di litio migliorando le prestazioni di una batteria allo stato solido

Francesco Barontini

Di: Francesco Barontini

7 mar 2022 alle 09:44

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Quello di Linda Nazar è un nome noto nel campo della ricerca sulle batterie allo stato solido. La scienziata dell’Università di Waterloo, in Canada, è tornata ora agli onori della cronaca per una scoperta davvero interessante. Sarebbe riuscita infatti a creare un elettrolita solido a base di cloruro che ha caratteristiche molto simili al suo parente allo stato liquido.

“Pochi elettroliti solidi hanno la stessa conduttività ionica di quelli liquidi”, ha detto la Nazar, che ha poi spiegato che il trucco per avere prestazioni simili è di sfruttare l’effetto rotatorio degli ioni negativi (anioni) che si pensava fossero immobili, per far muovere più velocemente gli ioni attivi (cationi). In questo modo si hanno batterie allo stato solido con prestazioni e densità energetica maggiori ma anche maggiore durata.

Vantaggio doppio

Il team guidato dai ricercatori della Nazar ha lavorato in collaborazione con il Joint Center for Energy Storage Research (JCESR), che è uno degli istituti del Dipartimento dell’Energia statunitense che si occupa di ricerca avanzata.

Insieme hanno definito una nuova chimica per l’elettrolita, che è realizzato con l’adozione di litio, scandio, indio e cloro. Questo particolare elettrolita ha il duplice potere di favorire il movimento degli ioni di litio e di ostacolare quello degli elettroni.

Così facendo la batteria dovrebbe durare più a lungo senza una perdita significativa a livello di prestazioni. Gli scienziati coinvolti nel progetto credono di poter arrivare a oltre cento cicli ad alta tensione (superiore a 4 volt) e di poter superare le migliaia di cicli a tensione intermedia.

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L'importanza del cloruro

Il fatto che l’elettrolita sia a base di cloruro e che resti stabile a tensioni di oltre 4 volt è fondamentale perché garantisce la possibilità di essere utilizzato all’interno delle moderne celle agli ioni di litio. Ci sono altre batterie allo stato solido che preferiscono i solfuri, che però al momento si degradano a tensioni superiori a 2,5 volt (per questo richiedono ad esempio il rivestimento del catodo) e hanno un design diverso, che obbliga a rivedere più a fondo i processi produttivi.

“Gli elettroliti a base di cloruro stanno diventando sempre più attraenti perché si ossidano solo ad alte tensioni e sono compatibili con i catodi che già abbiamo sulle normali batterie agli ioni di litio”, fa sapere la Nazar. Ora però si continua nella messa a punto della formula chimica.

“Rispetto alle prime versioni di questo elettrolita abbiamo deciso di sostituire metà dell’indio con lo scandio – fanno sapere dal JCESR – Questo ha dato due tipi di vantaggi: ha permesso di migliorare la conduttività ionica e di utilizzare una quantità minore di indio, metallo raro che viene tra l’altro estratto principalmente da Cina e Corea".

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