Focus Dal mondo

12.01.2022

Nuovi scenari per la mobilità elettrica con le batterie al litio metallico: prestazioni migliori grazie alla cryo-EM

Un gruppo di ricercatori della Stanford University ha individuato il fattore che incide sulle prestazioni delle batterie al litio metallico grazie alla microscopia crioelettronica

Nella corsa alla ricerca e allo sviluppo della migliore tecnologia per la mobilità elettrica, che in questo ultimo periodo non ha conosciuto tregua, la questione ruota sempre intorno allo stesso tema: la durata delle batterie, il fattore che più incide sulla qualità, l’affidabilità e la sicurezza di un’auto elettrica.

Come spiegato in una ricerca della Stanford University, le batterie al litio metallico potrebbero immagazzinare più carica delle batterie agli ioni di litio che vengono attualmente utilizzate nel campo dell’e-mobility.  Ma c’è un “piccolo” problema di fondo: l’elettrolita, il liquido tra gli elettrodi della batteria, corrode la superficie dell'anodo in litio metallico, rivestendolo con un sottile strato di sporcizia chiamato elettrolita solido interfase, o più semplicemente SEI.

La formazione del SEI, che incide sulle prestazioni delle batterie, sembra essere inevitabile, e per studiare questo fenomeno è stata impiegata una tecnica inizialmente pensata per la biologia, che in realtà potrebbe essere molto utile anche per studiare i materiali legati all’energia. Si tratta della cryo-EM, la microscopia crioelettronica, un tipo di microscopia elettronica a trasmissione con cui il campione viene studiato a temperature criogeniche.

Per ottenere le prime immagini per studiare il SEI, realizzate già nel 2017, i ricercatori hanno dovuto togliere le parti della batteria dall'elettrolito, e in questo modo il SEI si è asciugato e si è rimpicciolito. Nessuno però immaginava che il SEI fosse allo stato umido all'interno di una batteria funzionante! I ricercatori dello SLAC National Accelerator Laboratory del Dipartimento dell'Energia e della Stanford University hanno quindi escogitato un modo per riuscire ad estrarlo nello stato originale in cui si trova dentro la batteria.

Così, per la prima volta è stato possibile catturare delle immagini su scala atomica di questo strato di sporcizia che mostrano come effettivamente  è e come si comporta all’interno della batteria. Il SEI infatti assorbe l’elettrolita e di conseguenza si gonfia: i ricercatori hanno osservato che quelli che si gonfiano di più sono quelli che peggiorano le prestazioni della batteria, e hanno capito che con l’elettrolito giusto si possono migliorare le prestazioni e la durata della batteria, evitandone il rigonfiamento.

Individuare un problema e una probabile soluzione è giù un  grande passo nella ricerca, ma il team della Stanford University ha affermato che vorrebbe continuare gli studi in questo campo per trovare un modo per visualizzare questi materiali in 3D e per immaginarli mentre sono ancora all'interno di una batteria funzionante, per ottenere un'immagine ancora più realistica. Viste le tempistiche per lo scatto della prima immagine che ritraeva il SEI al suo stato reale all’interno della batteria, potrebbe passare molto tempo prima che i ricercatori giungano al loro scopo.  

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