In arrivo una rivoluzione per le batterie agli ioni di litio

Ancora novità nel campo delle risorse energetiche: gli ingegneri del MIT avrebbero infatti trovato un sistema per realizzare batterie agli ioni di litio in grado di ricaricarsi completamente in pochi secondi, impiegando materiali che vengono utilizzati attualmente negli stabilimenti di produzione.

Dal momento che i materiali coinvolti non sono nuovi, ma semplicemente è stata cambiata la modalità con la quale vengono realizzati, è possibile che questa innovazione possa portare già nel giro di pochissimi anni alla produzione commerciale di nuove batterie.

Le batterie agli ioni di litio attualmente in commercio ed utilizzate da numerosissimi dispositivi elettronici sono caratterizzate da una elevata densità di carica. L'immagazzinamento ed il rilascio dell'energia elettrica avviene tuttavia in tempi più o meno lunghi: se le batterie al litio possono vantare una buona autonomia, è altrettanto vero che si rendono necessarie anche diverse ore affinché possano essere caricate completamente.

Queste particolari caratteristiche precludono l'impiego delle batterie agli ioni di litio in applicazioni dove si rende necessario il rilascio immediato di elevate quantità di energia, come può essere ad esempio il caso di un'automobile completamente elettrica: con una normale batteria al lito questa ipotetica automobile sarebbe in grado di viaggiare per molte miglia a velocità pressoché costante, ma di fatto impossibilitata ad effettuare qualsivoglia tipo di accelerazione.

La "lentezza" con la quale una batteria al lito rilascia o accumula la carica è da sempre stata imputata alla bassa velocità con la quale gli ioni di litio si muovono all'interno del composto elettrochimico. Qualche anno fa, tuttavia, alcune indagini simulative hanno mostrato che all'interno dei composti litio-ferro-fosfato gli ioni di litio hanno la possibilità di muoversi ad elevata velocità.

I ricercatori hanno pertanto spostato altrove la propria attenzione, per capire quale fosse la reale causa che impedisce agli ioni di litio di spostarsi velocemente all'interno del composto. E' stato così portato alla luce un particolare comportamento: nei composti sopra citati gli ioni di litio possono muoversi ad elevata velocità solamente quando si trovano in prossimità di "canalizzazioni" nanometriche che sono accessibili solo dalla superficie del composto. Se gli ioni sono dinnanzi a queste canalizzazioni, possono percorrerle velocemente. Al contrario, gli ioni non hanno la capacità di dirigersi velocemente verso l'imbocco di tali canalizzazioni.

I ricercatori del MIT al lavoro su questo progetto hanno così sviluppato una nuova struttura per la superficie di questi composti. Si tratta di ciò che chiamano "beltway" ovvero niente più e niente meno che una sorta di "circonvallazione" che permette agli ioni di litio che non si trovano in corrispondenza delle canalizzazioni di muoversi verso esse.

Utilizzando questa nuova struttura, i ricercatori hanno realizzato una piccola batteria in grado di caricarsi o scaricarsi completamente in un tempo dai 10 ai 20 secondi. La stessa batteria realizzata con metodi convenzionali impiegherebbe normalmente circa 6 minuti per un ciclo di carica completa.

Secondo quanto si apprende, inoltre, il nuovo materiale ha mostrato una degradazione notevolmente inferiore nei cicli di carica/scarica rispetto a quanto avviene con le attuali batterie convenzionali. Tale caratteristica consentirà di impiegare meno materiale e costruire batterie più piccole e leggere che potrebbero trovare applicazioni in ambiti fino ad oggi impensabili, come ad esempio quello dell'automobile elettrica che abbiamo esemplificato sopra.