Un nuovo elettrolita allo stato solido promette l'avvento di micro-batterie estremamente efficaci
Dopo i passi da gigante compiuti dal progetto SUPER-Lion dell’UE, potremmo ben presto usare delle batterie ricaricabili, meno infiammabili, che durano più a lungo e più potenti. Con il supporto di un programma Marie Curie, il dott. Knut Bjarne Gandrud ha sviluppato un elettrolita super sottile allo stato solido per le batterie ricaricabili. Gli elettroliti sono il mezzo chimico che separa un catodo e un anodo in una batteria, consentendo il flusso di carica elettrica tra i due. Le batterie agli ioni di litio (LIB, Lithium Ion Batteries) attualmente funzionano con elettroliti liquidi. Il nuovo tipo di fabbricazione degli elettroliti allo stato solido di SUPER-Lion potrebbe tuttavia aprire la strada al loro uso in batterie sottili per i dispositivi che vengono sviluppati per il mercato emergente dell’Internet delle cose. Lo spessore di 40 nanometri dell’elettrolita super sottile lo rende ideale per i microdispositivi. La ricerca del dott. Gandrud è stata supervisionata dal professor Philippe Vereecken, direttore scientifico presso l’hub dedicato a nanoelettronica e tecnologie digitali IMEC, e professore alla KU-Leuven in Belgio, ed è stata assistita da due studenti di master. «La nostra batteria potrebbe operare a 120 gradi Celsius, un’impresa che le batterie odierne con elettrolita liquido non sono in grado di compiere», afferma il dott. Gandrud. «Gli elettroliti liquidi usati oggi sono infiammabili e la batteria ha un ciclo di vita limitato, in parte a causa di reazioni secondarie tra gli elettrodi e l’elettrolita». Le LIB che sfruttano elettroliti liquidi sono usate nella maggior parte dei dispositivi quali telefoni cellulari e laptop, ma anche nelle automobili elettriche. La maggior parte delle batterie con litio allo stato solido tendono a essere usate in applicazioni di minori dimensioni che non necessitano di molta energia o dove la sicurezza è fondamentale, come ad esempio i dispositivi medici impiantabili. Piccole ma potenti Questo accade perché molte batterie con litio allo stato solido sul mercato hanno una capacità limitata o possono funzionate solo a temperature più alte. Il metodo di fabbricazione di SUPER-Lion cambia questa situazione. Il progetto ha sviluppato un elettrolita composito su nanoscala (NCE, Nano Composite Electrolyte) che può essere integrato facilmente in batterie più piccole, consentendo di incrementare facilmente l’energia della cella della batteria. Il metodo di fabbricazione è inoltre facile da portare su scala industriale per la produzione di massa al giusto prezzo. Il team lo ha testato in celle della batteria con litio metallico come anodo, il materiale più impegnativo dal momento che la maggior parte dei materiali non sono chimicamente stabili se entrano in contatto con esso. Vi sono dei reali vantaggi nell’uso del litio, visto che ha il potenziale di incrementare la densità energetica delle celle delle batterie ricaricabili fino a oltre 1000Wh/L. I risultati hanno dimostrato che il team non ha ancora raggiunto tutti i suoi obiettivi, ma che è sulla buona strada. Per esempio, la batteria aveva solo il 75 percento della capacità reversibile di una LIB a elettrolita liquido, in cui la carica della cella della batteria viene ripristinata dopo che la batteria si è scaricata. Tuttavia, il fatto fondamentale è che la cella era più efficiente rispetto a quando conteneva un elettrolita liquido e aveva un ciclo di vita più lungo. «Il nuovo elettrolita allo stato solido non subiva nessuna reazione secondaria con gli elettrodi», afferma il dott. Gandrud. La commercializzazione del prodotto potrebbe richiedere tempo. Probabilmente gli sviluppatori creeranno più dispositivi elettronici di piccole dimensioni una volta che saranno disponibili le micro-batterie necessarie per alimentarli; se ci fossero più dispositivi che hanno bisogno di potenti micro-batterie, ci sarebbero maggiori investimenti privati per fabbricare batterie di tal genere. «Si tratta del problema dell’uovo o della gallina», afferma il prof. Vereecken. Il potenziale commerciale degli elettroliti allo stato solido li rende un tema caldo per i ricercatori. «Il finanziamento dell’UE è stato fondamentale per noi», dichiara il dott. Gandrud. «A causa della concorrenza agguerrita è difficile ottenere finanziamenti».
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