Batterie litio-metallo nel futuro delle auto elettriche? Non ancora, ma ci sono progressi
di Manolo De Agostini pubblicata il 01 Luglio 2021, alle 16:31 nel canale Batterie
600 cicli di carica e scarica sembrano pochi, ma se solo quattro anni fa ci si fermava a 50, il risultato è promettente: stiamo parlando delle batterie litio-metallo, capaci di stoccare quasi il doppio dell'energia rispetto alle controparti agli ioni di litio pur essendo più leggere.
Un team di ricercatori del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) del DoE statunitense ha trovato un modo per aumentare la durata di vita di una promettente batteria per auto elettriche. Gli studiosi stanno lavorando da tempo su una batteria litio-metallo, in grado di stoccare quasi il doppio dell'energia rispetto alle controparti agli ioni di litio, pur essendo più leggera.
La combinazione è interessante, perché apre all'allettante prospettiva di creare un veicolo elettrico più leggero e in grado di percorrere più chilometri con una singola carica. Finora le batterie litio-metallo non hanno rispettato le attese e, durante i test in laboratorio, sono durate una frazione del tempo delle odierne batterie agli ioni di litio.
Il percorso è ancora lungo, ma i ricercatori del PNNL fanno sapere di essere riusciti, come riportato su Nature, a creare una batteria litio-metallo che dura per 600 cicli, molto di più dei precedenti studi, il che significa che può essere caricata e scaricata completamente 600 volte prima di diventare inservibile.
Si tratta di un grande passo in avanti se si pensa che solo quattro anni fa un prototipo della stessa batteria poteva operare per 50 cicli, due anni fa per 200 e oggi è arrivato a 600. Bisogna tuttavia ricordare che le batterie agli ioni di litio, anche se stoccano meno energia, durano più a lungo, solitamente almeno 1000 cicli.
Un nuovo approccio
La nuova ricerca, svolta all'interno del Battery500 Consortium, si basa su un nuovo approccio. Anziché usare anodi con più litio, il team ha usato strisce di litio incredibilmente sottili, larghe appena 20 micron, molto più sottili della larghezza di un capello umano.
"Molte persone hanno pensato che un litio più spesso avrebbe consentito alla batteria di durare più a lungo", ha affermato Jie Xiao, che insieme a Jun Liu, direttore del Battery500 Consortium, è un autore dell'articolo. "Ma non è sempre vero. C'è uno spessore ottimizzato per ogni batteria al litio-metallo a seconda dell'energia della cella e del design".
La batteria litio-metallo creata dal team ha una densità energetica di 350 wattora per chilogrammo (Wh / kg), molto alto ma non senza precedenti. Il valore dello studio ha maggiormente a che fare con la durata di vita: dopo 600 cicli, la batteria è riuscita a conservare il 76% della sua iniziale capacità.
Inoltre, la batteria PNNL è una cella a sacchetto (pouch cell), che rispecchia più da vicino le condizioni reali rispetto a una cella a bottone utilizzata in molti progetti di ricerca sulle batterie.
La decisione di provare strisce di litio più sottili si è basata sulla comprensione delle dinamiche molecolari dell'anodo. Gli scienziati hanno riscontrato che strisce più spesse contribuiscono direttamente al malfunzionamento della batteria, legato alle complesse reazioni che si verificano attorno un film sull'anodo come SEI, o solid electrolyte interphase (interfase solido-elettrolita).
SEI è il sottoprodotto di reazioni collaterali tra il litio e l'elettrolita, e agisce come un custode che consente a determinate molecole di passare dall'anodo all'elettrolita e viceversa, tenendo a bada altre molecole. Un SEI efficace permette a determinati ioni di litio di passare ma limita reazioni chimiche avverse che riducono le prestazioni e accelerano il decadimento della cella della batteria.
L'obiettivo primario dei ricercatori è stato quello di ridurre le reazioni collaterali indesiderate tra l'elettrolita e il litio-metallo, incoraggiando le reazioni chimiche vitali e limitando quelle indesiderate.
Il team ha scoperto che le strisce di litio più sottili permettono di creare "un buon SEI", mentre quelle più spesse possono dar vita a problemi. Nel loro studio, i ricercatori usano i termini "wet SEI" e "dry SEI": la prima mantiene il contatto tra l'elettrolita liquido e l'anodo, rendendo possibili importanti reazioni elettrochimiche, mentre nella seconda l'elettrolita liquido non raggiunge tutto il litio.
In pratica, quando le strisce di litio sono più spesse, l'elettrolita deve fluire in sacche più profonde del litio e, così facendo, lascia asciutte altre parti del litio. Ciò impedisce il verificarsi di reazioni elettrochimiche importanti e contribuisce alla morte prematura della batteria. Si tratta di un problema importante, specie nelle batterie come le celle a sacchetto, in cui la quantità di elettrolita disponibile è da 20 a 30 volte inferiore a quella impiegata nelle celle a bottone sperimentali.
Ottenuti i primi confortanti risultati, gli studi andranno avanti: il Battery500 Consortium ha intenzione di spingersi a 500 Wh / kg rispetto agli odierni 200-250 Wh / Kg.
"Il consorzio Battery500 ha compiuto grandi progressi nell'aumentare la densità energetica e nell'estendere la durata del ciclo di vita", ha affermato il professor M. Stanley Whittingham della Binghamton University, premio Nobel per la chimica 2019 e coautore dell'articolo. "Occorre fare molto di più. In particolare, ci sono problemi di sicurezza con le batterie al litio-metallo che devono essere affrontati. È qualcosa su cui il team di Battery500 sta lavorando duramente".
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12 Commenti
Gli autori dei commenti, e non la redazione, sono responsabili dei contenuti da loro inseriti - info1000 cicli di ricarica ?
Qui si parla quando va bene di 1000 cicli di ricarica, mentre per le auto elettriche super-sponsorizzate in vendita oggi sembra che le batterie siano "eterne" (durate 10, 20 anni e piùMa che vadano a dirlo a qualcun altro ....
Ma che vadano a dirlo a qualcun altro ....
Guarda che se fai due conti ci sei...
Ipotizziamo la vita media di una batteria agli ioni di litio... circa 1200 cicli ma prendiamone per buoni solo 1000.
Considerato che la percorrenza media in Italia è 40Km al giorno e ipotizzando che non vuoi mai arrivare al limite quindi invece di 400Km di autonomia te ne considero 350.
A questo punto 350/40= 8,75
(8,75x1000)/365=circa 23 anni
Quindi l'utente MEDIO un pacco batterie gli dura anche a voler arrotondare al ribasso ulteriormente 20 anni.
Se poi ci sta un minimo attento arriva tranquillamente oltre.
Detto ciò se consideri che un italiano cambia macchina mediamente ogni 11/12 anni capisci bene che prima che arrivi il problema batterie ha già il modello nuovo.
Ipotizziamo la vita media di una batteria agli ioni di litio... circa 1200 cicli ma prendiamone per buoni solo 1000.
Considerato che la percorrenza media in Italia è 40Km al giorno e ipotizzando che non vuoi mai arrivare al limite quindi invece di 400Km di autonomia te ne considero 350.
A questo punto 350/40= 8,75
(8,75x1000)/365=circa 23 anni
Quindi l'utente MEDIO un pacco batterie gli dura anche a voler arrotondare al ribasso ulteriormente 20 anni.
Se poi ci sta un minimo attento arriva tranquillamente oltre.
Detto ciò se consideri che un italiano cambia macchina mediamente ogni 11/12 anni capisci bene che prima che arrivi il problema batterie ha già il modello nuovo.
perdona ma qui per me estrapoli dati che [U]appositamente [/U]nessuno dichiara ufficialmente.
se la carichi solo 1 volta all'anno, mica penserai che fra 1000 anni sia ancora buona, vero? Vengono dichiarati i cicli di carica (e già lì vorrei sapere se lenta, rapida ecc.) ma non le temperature di stoccaggio, non il degrado chimico che c'è anche se non la usi per il solo trascorrere del tempo, ecc...
insomma, estrapolare i dati come hai fatto per me porta a risultati del tutto ipotetici e che non a caso i produttori si guardano molto bene dal dichiarare LORO... lasciano volentieri a te trarre deduzioni probabilmente infondate....
poi magari durano 50 anni, ma è tutto da dimostrare... meglio sospendere ogni giudizio in merito...
il tema decisivo e di interesse è piuttosto pretendere una standardizzazione ed una intercambiabilità facile delle batterie fra auto diverse, sotto forma di moduli slot-in.
Ipotizziamo la vita media di una batteria agli ioni di litio... circa 1200 cicli ma prendiamone per buoni solo 1000.
Considerato che la percorrenza media in Italia è 40Km al giorno e ipotizzando che non vuoi mai arrivare al limite quindi invece di 400Km di autonomia te ne considero 350.
A questo punto 350/40= 8,75
(8,75x1000)/365=circa 23 anni
Quindi l'utente MEDIO un pacco batterie gli dura anche a voler arrotondare al ribasso ulteriormente 20 anni.
Se poi ci sta un minimo attento arriva tranquillamente oltre.
Detto ciò se consideri che un italiano cambia macchina mediamente ogni 11/12 anni capisci bene che prima che arrivi il problema batterie ha già il modello nuovo.
certo che se fosse esattamente come dici TU sarebbe una FIGATA!
il problema è che nella REALTA' le batterie se ne fregano altamente di questi calcoli matematici e se ne vanno quando decidono loro
Non è una cosa fattibile o magari solo su auto utilitarie. Già su una media sportiva il bilanciamento dei pesi e del telaio è tale per cui non puoi avere una massa come quella delle batterie standardizzata ma siccome i pesi vengono utilizzati anche per bilanciare la vettura è tutto fuori standard.
il problema è che nella REALTA' le batterie se ne fregano altamente di questi calcoli matematici e se ne vanno quando decidono loro
Mi chiedo allora che studiamo a fare le statistiche... freghiamocene.
Se esiste una statistica è perché mediamente quei calcoli riflettono la realtà nella maggior parte dei casi.
Un motore ICE statisticamente oggi arriva a 200k Km poi c'è quello che fonde a 50.000 e quello che a 300.000 ancora viaggia. Non è che pretendo di dire che tutte le batterie dureranno 20 anni o che tutte dureranno 1000 cicli o che dureranno 1000 anni se le ricarichi una volta l'anno. Io ho semplicemente detto che per i dati certi che abbiamo oggi mediamente il problema non si pone.
Se poi siete della filosofia che la statistica non conta niente allora che vi devo dire...
Sicuramente la svalutazione sarà piu' grande negli anni, anche perche' il costo del cambio batterie sarà doloroso.
Se esiste una statistica è perché mediamente quei calcoli riflettono la realtà nella maggior parte dei casi
Se poi siete della filosofia che la statistica non conta niente allora che vi devo dire...
Non è che non conta niente, ma rimane una statistica PUNTO.
Altrimenti si chiamerebbe MATEMATICA, dove 1+1 fa SEMPRE 2.
Nella STATISTICA "potrebbe" fare 2, ma non è detto.
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