Immagina di ricaricare il tuo veicolo elettrico nel tempo che impieghi a finire il tuo caffè
Chunsheng Wang sta sviluppando una composizione chimica per le batterie volta a ridurre i tempi di ricarica
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È difficile ignorare la differenza: basta pochi minuti per fare il pieno a un’auto. La ricarica della batteria di un veicolo elettrico (EV) può richiedere 30 minuti o più. Chunsheng Wang, illustre professore universitario di ingegneria chimica e biomolecolare presso l’Università del Maryland, e il suo team stanno lavorando per ridurre tale tempo: un passo fondamentale verso il passaggio dal predominio dei veicoli alimentati a combustibili fossili a quelli elettrici, più puliti ed efficienti. «Se si vuole competere con il motore a benzina, è necessario che il tempo di ricarica della batteria sia simile», afferma Wang.
Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) sta sollecitando lo sviluppo di batterie per veicoli elettrici in grado di ricaricarsi all’80% in meno di 15 minuti. Wang e Chang-Xin Zhao, un ricercatore del suo laboratorio, stanno lavorando per superare questo obiettivo riducendo il tempo di ricarica a soli 10 minuti — ciò che definiscono “il tempo di un caffè”.
«Nel tempo che impieghi a finire il tuo caffè, il veicolo è già carico», afferma Zhao. «È questo l’obiettivo che vogliamo raggiungere».
L’ostacolo nascosto alla ricarica rapida
I precedenti tentativi di accelerare la ricarica si sono concentrati sulla modifica della struttura degli elettrodi della batteria, il che riduce inavvertitamente la quantità di energia che una batteria può immagazzinare: un compromesso problematico.
Il gruppo di Wang sta mettendo a punto strategie per aggirare questo compromesso concentrandosi sulla chimica delle batterie. In una ricerca pubblicata sulla rivista *Science*, il suo team, guidato da Zhao, ha individuato un limite nascosto nell’elettrolita, il mezzo attraverso cui gli ioni di litio si muovono quando una batteria viene scaricata o ricaricata. Durante la ricarica, gli ioni si spostano dal polo positivo della batteria a quello negativo. Ma non compiono il viaggio da soli: ogni ione preleva diverse molecole da un componente fondamentale dell’elettrolita, il suo solvente, e le trascina con sé.
Se la ricarica procede lentamente, il solvente rifluisce nel materiale poroso del polo positivo, riempiendolo nuovamente. Durante la ricarica rapida, tuttavia, il solvente non riesce a tenere il passo: l’elettrodo si prosciuga e la ricarica rallenta notevolmente. I chimici conoscevano già questo fenomeno — chiamato resistenza elettroosmotica — nelle celle a combustibile, ma la sua presenza nelle batterie agli ioni di litio era stata trascurata fino a questo studio condotto dall’Università del Maryland.
Riprogettare l’elettrolita
Il team ha scoperto di poter ridurre il rischio di essiccamento degli elettrodi riprogettando gli elettroliti.
Aggiungendo gruppi chimici contenenti fluoro alle molecole del solvente all’interno degli elettroliti, i ricercatori hanno ridotto l’attrazione tra il solvente e gli ioni di litio, favorendo un ritorno più rapido del solvente nel terminale positivo. Questa nuova composizione chimica riduce drasticamente il rischio di essiccamento degli elettrodi, anche a velocità di ricarica elevate.
Hanno testato l’elettrolita modificato costruendo una piccola batteria denominata “cella a sacchetto” da quattro ampere-ora. Sebbene sia difficile raggiungere una carica del 100% senza compromettere altri aspetti delle prestazioni della batteria, i risultati rientravano negli obiettivi del Dipartimento dell’Energia (DOE):
- 80% di carica in 12,8 minuti
- 90% di carica in 14,7 minuti
Stabilire un nuovo standard
Wang punta a ridurre ulteriormente i tempi di ricarica, portandoli a 10 minuti, combinando il solvente fluorurato con una seconda strategia basata sulla chimica: un elettrolita adattivo sviluppato dal suo team. Questa sostanza si separa per proteggere entrambi i terminali dalle sollecitazioni della ricarica rapida.
Ridurre i tempi di attesa è solo una parte dell’obiettivo. Il suo team sta inoltre lavorando per prolungare la durata delle batterie quando non vengono utilizzate e per ampliare l’intervallo di temperature a cui possono funzionare.
«Vogliamo realizzare una batteria in grado di soddisfare tutti i requisiti, senza rinunciare a nulla», afferma Wang. «Questo è il nostro obiettivo».
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
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