Una batteria a stato solido, il futuro del settore parte da qui

Due percorsi molto promettenti nella ricerca della tecnologia delle batterie di nuova generazione prevedono l’utilizzo di elettroliti a stato solido anziché liquidi e l’aggiunta di silicio al componente dell’anodo per aumentare la densità di energia. Un’architettura di nuova concezione colloca queste due innovazioni all’interno di un dispositivo per formare una batteria a stato solido che è sicura e di lunga durata; inoltre ha il potenziale per immagazzinare grandi quantità di energia.

Per molti anni, gli scienziati hanno lavorato ai miglioramenti che il silicio promette sulle batterie di prossima generazione; tuttavia inserirlo nel mix ha i suoi problemi. L’idea è di incorporare o sostituire completamente la grafite col silicio per immagazzinare potenzialmente fino a 10 volte gli ioni di litio. Il problema è che il silicio fa degradare rapidamente l’elettrolita liquido e la batteria si guasta rapidamente; ma gli autori di questo nuovo studio ritengono che la soluzione potrebbe risiedere nell’utilizzo di un elettrolita a stato solido.

Come gli anodi di silicio, gli elettroliti a stato solido sono un altro ramo della ricerca sulle batterie che potrebbe aprire alcune interessanti possibilità. L’elettrolita liquido convenzionale che trasporta gli ioni di litio avanti e indietro tra l’anodo e il catodo, è altamente volatile; questo limita la compatibilità con altri potenziali materiali ad alte prestazioni come il litio metallico. Gli elettroliti allo stato solido si configurano come una soluzione promettente a questo problema.

Batteria a stato solido, come funziona?

Gli ingegneri dell’Università della California, sospettavano che un elettrolita allo stato solido potesse portare vantaggi simili agli anodi di silicio. Gli sforzi per incorporare il silicio negli anodi delle batterie al litio, però, hanno dovuto tenere conto delle fluttuazioni delle dimensioni delle particelle di silicio, che si espandono e si contraggono mentre il dispositivo si carica e si scarica. Questo si combina con interazioni instabili tra l’anodo di silicio e l’elettrolita liquido per causare gravi perdite di capacità durante il ciclo della batteria.

Il nuovo approccio ha comportato alcune modifiche al modo in cui l’anodo di silicio è assemblato; con gli scienziati che hanno eliminato il carbonio e i leganti normalmente utilizzati e hanno optato per una forma più economica di microsilicio. È stato quindi introdotto un elettrolita solido a base di solfuro per trasportare la carica e la batteria risultante.

La nuova batteria a stato solido in silicone è sicura, di lunga durata e densa di energia. È stato dimostrato che una cella completa su scala di laboratorio è in grado di eseguire 500 cicli di carica e scarica mantenendo l’80% della sua capacità, dimostrando gli effetti stabilizzanti del nuovo design.

Al momento gli scienziati sono ancora a lavoro sul progetto, tuttavia i primi risultati fanno ben sperare; spianando la strada a questo nuovo modello di batteria a stato solido che potrebbe arrivare sul mercato in tempi ragionevolmente brevi.