Batterie allo stato solido: sviluppata una potente alternativa alle batterie agli ioni di litio
Rivoluzione attraverso anodi liquidi di metallo alcalino
I ricercatori dell'Istituto federale per la ricerca e il collaudo dei materiali (BAM) hanno sviluppato un approccio innovativo per rendere le batterie allo stato solido più potenti e adatte all'uso quotidiano. Il loro obiettivo: batterie che si ricaricano più velocemente, durano più a lungo e sono più sostenibili delle tradizionali batterie agli ioni di litio. Un nuovo elettrolita solido potrebbe aprire la strada a una tecnologia pionieristica per le batterie.
È tutta una questione di mix. Il team BAM sta sviluppando speciali elettroliti solidi basati su superconduttori ionici di sodio (NASICON).
BAM
Le batterie agli ioni di litio convenzionali hanno raggiunto i limiti delle loro prestazioni: i loro anodi, che di solito sono fatti di grafite, possono immagazzinare solo una quantità limitata di ioni. Gli anodi di litio puro o di sodio, più sostenibili e più economici, offrono un'alternativa: potrebbero aumentare la densità energetica fino al 40%. Tuttavia, per funzionare in modo sicuro, richiedono un elettrolita solido anziché liquido. Il problema principale è che possono verificarsi perdite di contatto e vuoti all'interfaccia tra l'anodo solido e l'elettrolita solido, rendendo la batteria inutilizzabile. Una possibile soluzione è un anodo parzialmente liquido.
Rivoluzione attraverso gli anodi liquidi di metalli alcalini
"In uno studio siamo riusciti a dimostrare che un anodo liquido di metallo alcalino è cento volte più potente dei tradizionali anodi di grafite", spiega Gustav Graeber, esperto di materiali per batterie presso l'Università Humboldt di Berlino e ricercatore ospite della BAM. "Tuttavia, al momento questa tecnologia può essere utilizzata solo a 250 gradi Celsius. Il nostro obiettivo è trasferire i suoi vantaggi a temperatura ambiente". Per raggiungere questo obiettivo, il team di ricerca sta sperimentando additivi di potassio che abbassano il punto di fusione dell'anodo. La sfida è che molti elettroliti solidi comuni non sono abbastanza stabili se esposti al potassio.
Un nuovo elettrolita solido come tecnologia chiave
La soluzione potrebbe risiedere in uno speciale elettrolita solido basato su superconduttori ionici di sodio (NASICON). Questi materiali offrono un'elevata conducibilità ionica a temperatura ambiente e sono chimicamente stabili al potassio, soprattutto se drogati con afnio. Tuttavia, l'afnio è raro e costoso. Nel progetto NASICON, Graeber e il suo team interdisciplinare di esperti BAM stanno quindi cercando additivi alternativi che siano altrettanto efficaci, ma più sostenibili e ampiamente disponibili. I candidati più promettenti vengono testati direttamente nelle batterie al sodio. "Il nostro progetto di ricerca è un passo decisivo verso batterie ad alte prestazioni più sostenibili, più economiche e più efficienti", afferma Graeber. "Le batterie al sodio allo stato solido potrebbero ridurre drasticamente i tempi di ricarica e migliorare significativamente le prestazioni dei sistemi di accumulo di energia mobili e fissi, un contributo importante alla decarbonizzazione".
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