Le batterie autorigeneranti potrebbero essere il futuro della mobilità elettrica?
Uno dei principali vantaggi delle batterie al litio-metallo è la loro densità energetica molto elevata. Ciò le rende estremamente interessanti per i veicoli elettrici e per altre applicazioni di mobilità elettrica, in cui è fondamentale fornire energia per lunghe distanze. «Una sfida presentata da queste batterie è che la loro durata è ancora relativamente breve», osserva la coordinatrice del progetto HIDDEN Marja Vilkman del VTT Technical Research Centre in Finlandia. «Ciò è dovuto in parte al fatto che l’interfaccia tra l’anodo metallico di litio e l’elettrolita è instabile.» Vilkman spiega che, senza alcun intervento, i filamenti di litio metallico, chiamati dendriti, inizieranno a «crescere» dall’anodo durante i cicli di carica e scarica e questo alla fine genera un cortocircuito.
Sviluppo di un nuovo elettrolita autorigenerante
Il progetto HIDDEN, finanziato dall’UE, si è posto l’obiettivo di sviluppare metodi di autorigenerazione per evitare la crescita delle dendriti. «Il nostro obiettivo era la creazione di un metodo che impiegasse un nuovo elettrolita liquido cristallino», spiega Vilkman. «Abbiamo pensato che ciò potesse rallentare la crescita delle dendriti e potenzialmente anche scomporre le dendriti già formate e rigenerare la batteria su richiesta.» Il team del progetto voleva anche sviluppare un separatore autorigenerante con proprietà piezoelettriche (ossia con la capacità di generare una carica elettrica). Ciò potrebbe contribuire a rallentare la crescita delle dendriti in modo autonomo, senza bisogno di interventi esterni. «Abbiamo iniziato sintetizzando un nuovo elettrolita autorigenerante, utilizzando la modellizzazione per ottimizzare la struttura molecolare», spiega Vilkman. «Questo materiale è stato collaudato principalmente in piccole celle per batterie. Per il separatore autorigenerante abbiamo utilizzato un materiale disponibile in commercio e abbiamo creato un processo per ricavarne un separatore poroso.» Questi processi sono stati portati a livello di prova pilota. Tutti i materiali sono stati rigorosamente testati e ne è stata analizzata la capacità di autorigenerazione.
Maggiore durata delle celle per batteria
Il team del progetto è stato in grado di dimostrare in piccole cellule di prova che il concetto originale di evitare la crescita delle dendriti funziona. Con il protocollo di auto-riparazione del progetto, è stato possibile persino riportare in vita una cella in cortocircuito. «Abbiamo anche dimostrato che è possibile aumentare la durata delle cellule utilizzando separatori autorigeneranti», aggiunge Vilkman. Questi risultati potrebbero aprire la strada alla fabbricazione di batterie al litio-metallo ad alta densità energetica e di lunga durata. Le possibilità sono enormi e vanno dalle batterie per i veicoli elettrici all’elettronica indossabile e all’aviazione. «Il progetto ha anche contribuito a propagandare il ruolo delle batterie presso un pubblico più ampio», osserva Vilkman. «Poiché non sarà possibile raggiungere gli obiettivi europei di neutralità delle emissioni di carbonio senza l’accettazione dei veicoli elettrici o delle batterie da parte dei cittadini, credo che questo possa essere considerato un importante impatto positivo.»
Ricerca pionieristica sulle batterie autorigeneranti
Nel breve periodo, il progetto ha contribuito a creare una comunità di ricerca più ampia sulle batterie autorigeneranti. «Per me è stato un risultato importante a livello personale», aggiunge Vilkman. «Siamo stati in grado di formare e attrarre più persone nel lavoro in questo campo, il che è fondamentale per l’industria.» Poiché la ricerca è ancora in fase iniziale, Vilkman osserva che c’è ancora molto da fare per scalare il concetto in cellule pratiche e dotate di una qualità costante. «Il nostro obiettivo rimane quello di pubblicare altri risultati», afferma l’autrice. «La nostra speranza è che vi siano le condizioni, per noi o per qualche altra organizzazione, di utilizzare il know-how generato per far progredire ulteriormente la tecnologia. Attualmente siamo alla ricerca di opportunità di finanziamento per continuare questo lavoro.»
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