Veicoli elettrici, le batterie hanno un problema: quanto è grave

Le batterie dei veicoli elettrici hanno un problema. Quanto è grave questo problema? Ma soprattutto è possibile risolverlo

Secondo molti le batterie al litio metallico con elettroliti solidi rappresentano il futuro dei veicoli elettrici grazie alla loro leggerezza, alla capacità di conservare elevate quantità di energia e alla velocità di ricarica, nonché alla loro caratteristica di essere ignifughe. Tuttavia, il loro sviluppo procede a ritmo lento a causa di un problema significativo: il frequente verificarsi di cortocircuiti.

Perché accade ciò? Questa domanda è stata affrontata da un gruppo di ricercatori che ha condotto oltre sessanta esperimenti per indagare la questione. I risultati di questa ricerca sono stati pubblicati su Nature Energy.

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Molti dei elettroliti solidi utilizzati in queste batterie, che permettono il flusso di energia elettrica tra il catodo e l’anodo, sono costituiti da ceramica. Questo materiale presenta un notevole vantaggio poiché è ignifugo, ma al tempo stesso un grave svantaggio: tende a creparsi con facilità. E infatti è proprio questo il problema: durante la ricarica, si verificano crepe che hanno dimensioni di appena 20 nanometri (mentre un capello è spesso circa 80.000 nanometri). Queste crepe permettono al litio di penetrare nell’elettrolita solido, provocando il cortocircuito della batteria attraverso la formazione di un “ponte” tra il polo negativo (anodo) e quello positivo (catodo).

Per comprendere la causa della formazione delle crepe nell’elettrolita solido, i ricercatori hanno condotto oltre sessanta esperimenti, ognuno dei quali prevedeva l’utilizzo di una sonda elettrica posizionata su di un elettrolita solido per creare una minibatteria, mentre un microscopio elettronico osservava in tempo reale le variazioni che si verificavano. Dall’osservazione, è stato possibile rilevare che la formazione delle crepe dipende dalla pressione, seppur minima, esercitata sull’elettrolita. Quando la sonda toccava appena la superficie dell’elettrolita, non si verificavano problemi. Al contrario, quando la sonda esercitava una pressione sull’elettrolita in ceramica, la batteria andava in cortocircuito. “Inoltre, la presenza di polvere o altre impurità che si infiltrano durante il processo di fabbricazione, possono generare una pressione sufficiente per causare la formazione delle crepe“, spiega William Chueh, uno degli autori dello studio.

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L’elettrolita ha la funzione di separare fisicamente il catodo e l’anodo, consentendo contemporaneamente agli ioni di litio di muoversi liberamente tra i due: se i due poli vengono connessi in modo elettrico, si crea un tunnel di litio metallico che causa il cortocircuito. Avendo individuato l’origine del problema, il passo successivo dei ricercatori consiste nel comprendere come sfruttare queste forze meccaniche responsabili della formazione delle crepe per rendere il materiale più resistente durante la produzione, oppure nel trovare un modo per rivestire la superficie dell’elettrolita e impedire la formazione di crepe o ripararle qualora siano già presenti.