La prima ricarica delle batterie è sempre la più importante. Vale per gli smartphone appena comprati - come sappiamo - e, incredibile a dirsi, anche per le auto elettriche. È il risultato di uno studio finanziato dal Toyota Research Institute nell'ambito del programma Accelerated Materials Design and Discovery, pubblicato poi sulla testata scientifica Joule.
I ricercatori dello SLAC-Stanford Battery Center (ex Stanford Linear Accelerator Center) sostengono infatti che eseguire la prima ricarica a velocità insolitamente elevate estende la vita delle batterie agli ioni di litio in media del 50%, con picchi del 70%.
Il trucco
"La formazione - si legge - è una fase critica nella produzione delle batterie. Durante questo processo, le scorte di litio vengono consumate per formare l'elettrolita solido interfase (SEI), che a sua volta determina la durata della batteria".
"Sorprendentemente - continua - una corrente di carica ad alta formazione al primo ciclo estende la vita della batteria in media del 50%".
Spiegato in maniera più semplice, significa che, durante la produzione, il pacco viene sottoposto a una fase chiamata "formazione", che avviene di solito verso la fine, quando si svolgono i cicli iniziali di carica e scarica del pacco stesso.
I cicli di carica iniziali stabilizzano il pacco batterie e aiutano ad attivare i materiali all'interno delle celle. Questo processo influisce sulle prestazioni, sulla longevità e sulla qualità complessiva della batteria. È come accordare accuratamente uno strumento musicale prima di salire sul palco ed esibirsi. La messa a punto e la calibrazione sono fondamentali, perché influenzano il risultato.
Durante la ricerca, gli scienziati delle batterie hanno eseguito 186 cicli di carica e scarica su 62 protocolli di formazione. Quando è stata immessa una corrente elevata nel pacco per la prima volta, le celle hanno effettivamente perso il loro contenuto di litio fino al 30%, contro il 9% dei tradizionali metodi della prima carica.
Ma "questa perdita di litio al primo ciclo non è inutile", scrive SLAC-Stanford. "Il litio perso diventa parte del SEI che si forma sulla superficie dell'elettrodo negativo durante la prima ricarica". Questo strato protegge sostanzialmente l'elettrodo negativo, dove la perdita di litio può essere accelerata nel tempo, con un effetto positivo sulla durata del pacco.
Come si fa oggi
Il rapporto afferma poi che questo approccio è l'opposto di ciò che i costruttori fanno adesso, cioè dare alle batterie la prima carica con una corrente bassa. Questo processo richiede molto tempo ed è uno dei principali colli di bottiglia nella produzione delle batterie. Senza una formazione adeguata, una batteria non funzionerebbe come previsto, il che rende essenziale questo aspetto della produzione. Ma ora sembra esserci un modo per risparmiare tempo e, forse, anche prolungare la vita delle batterie.
Con questa nuova tecnica, quando si verifica la perdita di litio a causa di un'elevata corrente iniziale, ci sarebbe "uno spazio di testa aggiuntivo in entrambi gli elettrodi". In definitiva, ciò "contribuirebbe a migliorare le prestazioni e la durata della batteria".
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