Questo silicio nanoporoso aumenta la densità delle batterie del 40%

L'olandese E-magy presenta un anodo in silicio che non si deforma per più dell'1% durante i cicli di carica e scarica

La particolare struttura del silicio nanoporoso realizzato dalla E-magi

Francesco Barontini

Di: Francesco Barontini

16 ago 2022 alle 08:00

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In Olanda hanno realizzato una batteria agli ioni di litio con anodo ad alta percentuale di silicio capaci di contenere entro l'1% la deformazione a cui vanno generalmente incontro questi accumulatori durante i cicli di carica e scarica.

A presentarla è stata la E-magy, azienda che opera nel settore dei materiali avanzati e che ha ricevuto conferma di quanto rilevato internamente dall'istituto di ricerca tedesco ZSW (Zentrum fur Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg), che ha validato la nuova cella con una serie di test indipendenti e ha pubblicato i risultati ottenuti sul Journal of The Electrochemical Society.

Il segreto della nanoporosità

Gli anodi in silicio consentono di ottenere batterie agli ioni di litio ad alta densità energetica. L’adozione di questo tipo di anodi, però, fino ad oggi è stata ostacolata dalle enormi variazioni di volume che subiscono durante la carica. Inconveniente che con il tempo porta al degrado della struttura e delle prestazioni della batteria stessa.

La E-magy, però, ha messo a punto un particolare tipo di silicio “nanoporoso” che è in grado di assorbire internamente le espansioni di volume grazie proprio alla nanostruttura con cui è realizzato, che è "vuota" per il 35%. Così può essere utilizzato nell’anodo senza che questo si deformi eccessivamente.

Un ingrandimento al microscopio della struttura porosa dell'anodo in silicio della E-magy

10 volte meglio dello standard richiesto

Al giorno d’oggi, l’industria delle batterie considera accettabile un’espansione complessiva delle celle se questa è contenuta entro il 10%. Il silicio nanoporoso prodotto della E-magy non va oltre lo 0,9%.

E-Magy afferma che con anodi composti all'80% di silicio si riuscirà a incrementare la densità energetica delle batterie agli ioni di litio anche del 40% rispetto a quella di accumulatori analoghi che usano anodi in grafite (Mercedes ha intenzione di introdurle sul mercato con l'arrivo della EQG, la Classe G elettrica).

Questi nuovi anodi, attualmente in fase di sperimentazione, sono stati montati all’interno di celle a sacchetto a doppio strato con catodo NMC (nichel-manganese-cobalto) e hanno resistito a 100 cicli: un valore sufficiente per avere una prima stima delle variazioni di volume che si dovrebbero riscontrare su prodotti pronti ad essere messi in commercio.

Per una valutazione più precisa delle variazioni di volume dell’anodo è stato utilizzato anche un processo di analisi della sezione trasversale con microscopi elettronici.

Tra le aziende che producono celle con anodo in silicio - realizzato sempre con l'uso di nanotecnologie - c’è anche la Amprius, che è arrivata a una densità di 450 Wh/kg e che promette una ricarica da 0 a 80% in 6 minuti.

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