Auto elettrica: si va verso batterie potenti e rapide da caricare. Il green è più vicino

Un team internazionale di ricercatori ha pubblicato su “Science” i dettagli relativi a un materiale per elettrodi che dovrebbe consentire la realizzazione di batterie rivoluzionarie ad alta potenza e rapide da ricaricare. I veicoli elettrici stanno guadagnando popolarità, ma i lunghi tempi di ricarica per le batterie rappresentano un significativo disincentivo per i potenziali clienti.

Mentre un tipico Suv con motore a combustione può percorrere circa 480 chilometri con un rifornimento di cinque minuti, un veicolo elettrico all’avanguardia impiega circa un’ora per immagazzinare energia sufficiente per percorrere la stessa distanza. La tecnologia per una batteria agli ioni di litio ad alta capacità che si ricarica rapidamente e funziona in modo efficiente è ancora un obiettivo non realizzato, ma i ricercatori sono ora più vicini che mai.

“La combinazione di elevata energia, rapidità di ricarica e lunga durata del ciclo di vita è il ‘Santo Graal’ della ricerca sulle batterie. Raggiungere quell’obbiettivo dipende in gran parte da uno dei componenti chiave della batteria: i materiali degli elettrodi”, ha detto Hengxing Ji, professore presso l’Universita’ della Scienza e Technology of China (Ustc), che ha collaborato alla ricerca.

L’energia entra ed esce dalla batteria tramite reazioni elettrochimiche negli elettrodi, quindi un trasferimento di ioni di litio che sia efficiente ed efficace e’ della massima importanza per le prestazioni delle batterie stesse, secondo il primo autore dello studio Hongchang Jin dell’Ustc, soprattutto quando si tratta di trasferire l’energia dalla batteria al veicolo elettrico tramite l’anodo.

Il problema del fosforo nero

Per realizzare i loro super-elettrodi, i ricercatori si sono rivolti al fosforo nero, un materiale che era già stato preso in considerazione per questo tipo di scopo in precedenza, ma che era stato messo da parte a causa della sua tendenza a deformarsi lungo i bordi, con pessime conseguenze per il passaggio degli ioni di litio.

Il team di ricerca in questione ha ovviato al problema, combinando il fosforo nero con la grafite: i legami chimici tra questi due materiali una volta stabilizzati prevengono i cambiamenti problematici ai bordi. Il team ha anche affrontato un altro problema che ostacolava la realizzazione della super-batteria: gli elettroliti possano scomporsi in pezzi meno conduttivi e accumularsi sulla superficie dell’elettrodo, inibendo definitivamente il trasferimento di ioni di litio.

Il team ha applicato un sottile rivestimento in gel polimerico ai materiali degli elettrodi e ha rinforzato il percorso di trasporto degli ioni di litio, prevenendo efficacemente il problema. “Abbiamo ripristinato l’80 per cento della capacità energetica in meno di 10 minuti e abbiamo ottenuto una vita operativa di 2000 cicli a temperatura ambiente, che è stata misurata in condizioni compatibili con i processi di fabbricazione industriale”, ha detto il co-primo autore Sen Xin, professore dell’Accademia delle scienze cinese dell’Istituto di chimica.

“Se riusciamo a ottenere una produzione di massa, questo materiale può portarci a una batteria agli ioni di litio con densita’ di energia di oltre 350 wattora per chilogrammo e capacita’ di ricarica rapida.”. Un veicolo elettrico con una batteria del genere potrebbe viaggiare per circa 960 chilometri con una singola ricarica.