Nel variegato mondo delle batterie ricaricabili c’è crescente interesse nei confronti di quelle al litio metallico, diverse dagli accumulatori agli ioni di litio perché usano litio metallico per l’anodo (nelle batterie agli ioni di litio è realizzato in grafite o silicio).

Questa soluzione consente agli accumulatori del primo tipo di avere prestazioni più elevate in termini di densità energetica, ma ha un problema intrinseco legato alla durata, che è troppo breve.

In tempi recenti, però, diverse aziende hanno perfezionato in modo considerevole la tecnologia e, così, le batterie al litio metallico stanno lentamente tornando alla ribalta. Sempre più aziende si stanno affacciando al settore e sempre più Costruttori di automobili stanno investendo in ricerca e sviluppo.

Alta densità, alta instabilità

Partiamo dall’inizio: le batterie al litio metallico sono state messe a punto più di mezzo secolo fa. Inizialmente questa chimica fu utilizzata per prodotti usa e getta, proprio perché l’elevata quantità di energia che potevano immagazzinare consentiva di utilizzarle più a lungo. Erano più costose della media e anche più complicate da produrre, ma erano più adatte in applicazioni “energivore”.

Una batteria al litio metallico presentata al CES 2024

Negli anni ’80 arrivò in commercio la prima batteria al litio metallico ricaricabile. Fu accolta con grande interesse, ma in seguito a seri problemi di affidabilità fu ritirata dal mercato. A causa della bassa efficienza di Faraday di cui soffrono tutte le batterie al litio metallico, era soggetta a reazioni chimiche collaterali e indesiderate durante le fasi di carica e scarica e alla formazione di dendriti. Questo provocava soventi cortocircuiti con relativo rischio d’incendio.

Serve il giusto elettrolita

Torniamo ai giorni nostri. Le batterie al litio metallico sono ancora più costose da produrre delle batterie agli ioni di litio, ma hanno anche prestazioni che ne giustificano il maggior prezzo. Oltre alla densità più alta, infatti, le batterie al litio metallico si possono ricaricare molto più in fretta. Ma come si fa a rendere questa tecnologia definitivamente matura? Il segreto sta nell’elettrolita.

Elettrolita allo stato solido per batterie al litio metallico

Elettrolita allo stato solido per batterie al litio metallico

Come detto, le batterie al litio metallico hanno un funzionamento equivalente a quelle agli ioni di litio. Sono composte da un elettrodo negativo (anodo) e un elettrodo positivo (catodo), hanno un separatore che tiene a distanza i due poli, e hanno un elettrolita che consente il passaggio degli ioni in una direzione e nell’altra. Ed è proprio attraverso l’uso del giusto elettrolita che le batterie al litio metallico possono diventare più sicure e più durature. La ricerca ha anche dimostrato che non esiste un’unica via per trovare la corretta formula chimica.

Va bene sia l'elettrolita liquido

I ricercatori del Vilas Pol Energy Research della Purdue University di Lafayette, negli Stati Uniti, per esempio, hanno optato per un elettrolita liquido. In particolare, hanno utilizzato un solvente elettrolitico altamente non polare che si è dimostrato particolarmente efficace nel consentire alla batteria di avere un comportamento stabile e prestazioni costanti nel tempo. Rispetto alla media delle batterie agli ioni di litio in commercio, quella al litio metallico dell’istituto di ricerca americano ha una densità del 40% superiore e a contenere quasi del tutto la formazione di dendriti.

 

Gli scienziati della Pritzker School of Molecular Engineering dell'Università di Chicago hanno anch’essi messo a punto un elettrolita liquido non infiammabile e non volatile: è sicuro e che potrebbe portare addirittura a raddoppiare la densità della batteria, ma al momento stiamo parlando di un prodotto che è ancora in fase di test in laboratorio.

Sia l'elettrolita solido

Ci sono poi aziende e università che credono che la batteria al litio metallico sia la più promettente se abbinata a un elettrolita solido. Factorial, società nella quale hanno investito molti gruppi automobilistici come Stellantis, Mercedes e Hyundai-Kia, è una di queste. La società americana (ha sede in Massachusetts) ha presentato celle da 100 Ampereora che dovrebbero essere adatta all’uso sulle automobili.

La batteria allo stato solido da 100 Ah di Factorial

La batteria allo stato solido da 100 Ah di Factorial

Sono pronte, hanno ricevuto la certificazione di sicurezza da parte delle Nazioni Unite e sono al momento in fase di test proprio presso quei Costruttori di auto che hanno sostenuto finanziariamente l’azienda. Promettono una densità del 50% rispetto alle batterie agli ioni di litio.

Restando sul tema dell’elettrolita solido, ricercatori americani e canadesi hanno collaborato per metterne a punto uno a base di litio che resiste efficacemente alla formazione di dendriti e che garantisce prestazioni accettabili per 1.500 cicli.

Infine, tra le realtà più promettenti nel campo delle batterie al litio metallico c’è la Sion Power, azienda americana che sta lavorando da anni su accumulatori con questa tecnologia e che ha messo a punto un accumulatore affidabile e duraturo con densità di 420 kWh al chilo. Qualcosa che per la sua densità andrebbe bene anche sugli aerei elettrici, insomma. E se anche la Nasa ci ha messo gli occhi sopra, evidentemente qualcosa di interessante lo offre.

Fotogallery: Le batterie allo stato solido prodotte nello stabilimento Factorial