Dai portatili agli smartphone alla crescente industria delle auto elettriche, il nostro mondo si sta sempre più legando alle batterie ricaricabili. Ma chiunque abbia tenuto un portatile per qualche anno sa che le batterie perdono sempre più la capacità di carica.
Gli scienziati non hanno mai realmente capito come mai questo accade e non sono mai riusciti a trovare una soluzione al problema. Ma stando a recenti studi del Department of Energy delle Nazioni Unite pubblicati nel giornale Nature Communications, siamo sempre più vicini alla possibilità di una batteria che non si deteriora.
Specialmente per quanto riguarda le batterie agli ioni di litio, comunemente usate nei dispositivi a causa del loro basso peso e della loro alta capacità, gli scienziati hanno mappato il processo di carica e di scarica al di sotto di un miliardesimo di metro per comprendere più esattamente come funziona la degradazione. Gli scienziati hanno così scoperto due cause nella degradazione della batteria. La prima: vulnerabilità microscopiche nella struttura del materiale della batteria che portano gli ioni di litio a caso attraverso la cellula, corrodendo la batteria in diversi punti, così come la ruggine si diffonde sul ferro. Nel secondo studio, che si focalizza sul ritrovamento del migliore bilancio tra voltaggio, capacità e cicli di carica massima, i ricercatori non solo hanno trovato problemi simili col flusso di ioni, ma anche micro accumuli di cristalli microscopici rilasciati da reazioni chimiche, che fanno diventare il flusso di ioni ancora più irregolare dopo ogni carica. Le batterie utilizzate a voltaggi maggiori, hanno maggiori irregolarità, e quindi una velocità di deterioramento maggiore.
Così sembra che gli scienziati abbiano totalmente capito la batteria – una tecnologia che esiste dal 1800 – decadi fa.
Ma Huolin Xin, uno scienziato di materiali al laboratorio di Brookhaven e collaboratore di entrambi gli studi, afferma che la combinazione vincente delle nuove tecnologie è solo recentemente divenuta possibile.
“Molti tra i migliori strumenti di caratterizzazione, come per esempio elettroni microscopici corretti e nuove tecniche di sincrotroni a raggi X, non esistevano 10 anni fa” dice Xin. Ma ora, afferma, possono essere applicati allo studio delle batterie agli ioni di litio.
I nuovi dati danno ai ricercatori un’immagine più chiara di come queste batterie funzionano, e potrebbero portare a batterie con una maggiore durata nei prodotti elettronici in un futuro prossimo. Ma, ci sono anche dei problemi. Xin afferma che massimizzare la superficie è importante per le prestazioni della batteria, ma una superficie più ampia ne facilita la degradazione.
“Per prevenire questa degradazione, si potrebbe coprire il catodo con una protezione”, afferma Xin, “o nascondere queste superfici separando le polveri microscopiche [nella cellula]”.
Xin, è ottimista e crede che questo lavoro porterà ad un miglioramento delle batterie sia per i veicoli elettrici del futuro che per gli apparecchi elettronici portatili.
Xin sottolinea che gli compra le auto elettriche si preoccupa del fallimento delle batterie dopo la scadenza della garanzia. Molti acquirenti cercano batterie che durino tra i 10 e i 15 anni. E per l’uso nelle griglie elettriche (per conservare l’energia in eccesso prodotta nelle ore di inattività), le batterie dovrebbero durare 30 anni o più.
Dunque, mentre il lavoro di Xin a dei suoi colleghi potrebbe aiutare i ricercatori a creare batterie che non si degradano così velocemente, è chiaro che un’ulteriore svolta è necessaria prima che vedremo le batterie ricaricabili durare una decade o senza più segni d’usura.
