Le batterie agli ioni di litio sono ovunque. E saranno sempre più diffuse. Dispositivi elettronici, sistemi di accumulo, veicoli elettrici: con la transizione in atto, sono un mattone fondamentale per costruire un futuro a basso impatto ambientale.
Ma, come ogni cosa, anche queste batterie presentano delle criticità che non possono essere ignorate. Per esempio, sono realizzate con materie prime costose e difficili da reperire. Tra queste, quella che presenta maggiori problematiche è il cobalto, che però è necessario (almeno fino a oggi) per garantire prestazioni e durata di livello. Per fortuna, le cose stanno cambiando.
Un problema non solo ambientale
Il cobalto è ampiamente utilizzato per realizzare una parte fondamentale delle batterie: gli elettrodi. Il cobalto, tuttavia, è un elemento raro. Talmente raro che attualmente ne esiste una sola fonte principale: una serie di miniere situate nella Repubblica Democratica del Congo. Nel corso degli anni sono state denunciate molte questioni relative all’impatto sull’ambiente delle attività estrattive adottate in questi luoghi. Inoltre, ci sono problemi sulle condizioni di lavoro e sulla scarsa stabilità politica di quel Paese.
Una miniera di cobalto in Congo
"Ci sono molte ragioni per cui vogliamo abbandonare l'uso del cobalto per migliorare le batterie agli ioni di litio", ha dichiarato il professor Atsuo Yamada del Dipartimento di Ingegneria dei Sistemi Chimici dell’Università di Tokyo".
"Per noi la sfida è tecnica, ma il suo impatto potrebbe essere ambientale, economico, sociale e tecnologico. Siamo lieti di presentare una nuova alternativa al cobalto utilizzando una combinazione inedita di elementi negli elettrodi, tra cui litio, nichel, manganese, silicio e ossigeno, tutti elementi più comuni e meno problematici da produrre e lavorare".
Densità maggiore e ricarica più veloce
I nuovi elettrodi e l'elettrolita creati da Yamada e dal suo team non solo sono privi di cobalto, ma migliorano addirittura l'attuale chimica delle batterie sotto alcuni aspetti. La densità energetica è superiore di circa il 60%, il che potrebbe equivalere a una maggiore durata, e può erogare 4,4 volt, contro i 3,2-3,7 volt delle batterie tradizionali.
Ma uno dei risultati tecnologici più sorprendenti è stato il miglioramento delle caratteristiche di ricarica. Le batterie di prova con la nuova chimica sono state in grado di ricaricarsi e scaricarsi completamente per oltre 1.000 cicli (simulando tre anni di utilizzo e ricarica completa), perdendo solo circa il 20% della capacità di accumulo.
Ricercatori IBM al lavoro su una batteria senza cobalto
Un metodo versatile
"Siamo molto soddisfatti dei risultati ottenuti finora, ma arrivare a questo punto non è stato facile. È stata dura fare fronte a tutte le reazioni indesiderate che si verificavano nelle prime fasi della essa a punto della chimica della nostra batteria. Abbiamo realizzato prototipi dalla vita molto breve o con una stabilità troppo scarsa”, ha dichiarato Yamada.
Il team di ricercatori giapponesi afferma che ora c’è ancora tanta strada da fare. Si deve lavorare su sicurezza e longevità. Però le scoperte di Yamada e dei ricercatori che ha coordinato in questa ricerca potranno essere utilizzate in altri ambiti industriali, tra cui la fusione dei minerali, l’elettrorivestimento di superfici, la produzione di idrogeno dall’acqua e, naturalmente, per altri tipi di batterie.
Come evolve il mondo delle batterie