Quando la scienza apre la strada al mondo di domani. Ricercatori della Western University in Canada e dell’Università del Maryland negli Stati Uniti, in collaborazione con altre istituzioni, hanno sviluppato un innovativo elettrolita solido per batterie al litio-metallo (LMB). Questo componente chiave, basato su un materiale chiamato β-Li3N (nitruro di litio), rappresenta un importante passo avanti per le batterie litio-metallo a stato solido, superando le prestazioni delle tradizionali batterie agli ioni di litio. Questo nuovo componente consente ai veicoli elettrici di beneficiare di un'autonomia superiore a 600 miglia (965 km), grazie a una densità di energia che raggiunge i 500 Wh/kg, secondo uno studio pubblicato il 25 novembre 2024 su Nature Nanotechnology.
La batteria si carica più velocemente e in modo più efficiente
La sfida più grande per le batterie al litio-metallo a stato solido è creare un elettrolita solido (SSE) che sia sicuro, affidabile ed efficiente. Gli elettroliti solidi sono fondamentali per sostituire i liquidi infiammabili nelle tradizionali batterie agli ioni di litio, rendendo le batterie allo stato solido più sicure e in grado di supportare densità di energia più elevate.
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I ricercatori hanno sviluppato un elettrolita solido a base di β-Li3N (nitruro di litio), un composto che facilita il movimento degli ioni di litio. Ciò riduce gli ostacoli energetici e aumenta il numero di ioni di litio in movimento, migliorando l’efficienza della batteria. Questo materiale consente una conduttività ionica eccezionale, raggiungendo valori superiori a quelli degli elettroliti convenzionali, che consente una ricarica molto più rapida.
Inoltre, questo materiale è particolarmente adatto al litio, perché impedisce la formazione di dendriti (strutture che possono causare guasti alle batterie). Grazie a questo progresso, la batteria offre un'eccezionale conduttività ionica e rimane stabile anche dopo oltre 4.000 cicli di carica e scarica, con livelli di corrente fino a 45 mA/cm², consentendo un utilizzo più rapido ed efficiente della batteria. Ciò riduce il rischio di guasti durante l'uso intensivo, dettagliano anche i ricercatori il cui lavoro è stato notato da Interesting Engineering.
Un promettente passo avanti per i veicoli elettrici
I ricercatori hanno realizzato questo materiale utilizzando un processo chiamato “macinazione ad alta energia”, che prevede l’introduzione di un numero preciso di “vuoti” (posti vacanti) nella struttura cristallina del materiale. Questo metodo ne migliora notevolmente le proprietà, in particolare la conduttività ionica. Ciò ne ottimizza le prestazioni, rendendo le batterie al litio-metallo a stato solido più adatte per usi su larga scala, in particolare nelle applicazioni commerciali.
Utilizzando questo nuovo materiale, i ricercatori hanno progettato batterie dotate di anodi di litio metallico e catodi LiCoO₂ (LCO) o NCM83 ricchi di Ni. Queste batterie hanno mostrato una notevole stabilità, conservando oltre il 92% della loro capacità dopo 3.500 cicli di carica e scarica. Le loro prestazioni sono state testate anche a densità di corrente elevate, consentendo una carica/scarica rapida, fino a cinque volte la capacità della batteria in un'ora, per una ricarica accelerata.
Questo progresso è promettente: potrebbe consentire ai veicoli elettrici di percorrere distanze più lunghe con una singola carica, offrendo ricariche più veloci ed efficienti.
