Un materiale innovativo che raddoppia la capacità delle attuali batterie agli ioni di litio: questo è il risultato di una collaborazione internazionale tra l’Istituto di Scienza dei Materiali di Madrid (ICMM-CSIC), un organismo dipendente dal Ministero della Scienza e dell’Innovazione, e gruppi di ricercatori degli Emirati Arabi Uniti e dell’India.
Lo studio è stato pubblicato sulla prestigiosa rivista Angewandte Chemie International Edition e sembra in effetti aprire nuovi orizzonti non solo per quanto concerne l’efficienza energetica delle auto elettriche, ma anche per i dispositivi elettronici che siamo soliti riporre nelle nostre tasche per poi utilizzarli nel corso della giornata.
Un nuovo materiale in grado di raddoppiare l’efficienza delle batterie: di cosa si tratta?
Com’è noto, le batterie più utilizzate nel mercato dei dispositivi ricaricabili sono quelle agli ioni di litio. Hanno però alcuni significativi limiti per quanto riguarda la loro capacità di stoccaggio e la durata. Limiti che devono essere bypassati, per poter far progredire questa tecnologia.
È José Ignacio Martínez, ricercatore dell’ICMM-CSIC e coautore dello studio, ad affermare al proposito: “La grafite è stata il materiale dominante negli anodi di queste batterie grazie alla sua stabilità e al basso costo, ma ha una capacità di stoccaggio limitata”.
Per dare risultati in questa direzione, il team di scienziati ha deciso di concentrare i propri sforzi sulla creazione di un materiale in grado non soltanto di garantire una maggiore efficienza rispetto alla grafite commerciale, ma anche senza cedere in termini di attributi come scalabilità e sicurezza ambientale. Secondo Felipe Gándara, ricercatore dell’ICMM-CSIC, l’altro autore dello studio, i ricercatori si sono concentrati sui MOF (metal-organic framework), composti da strutture porose in grado di combinare molecole organiche e metalli e di consentire l’immagazzinamento degli ioni di litio in maniera versatile.
I MOF, però, presentano una serie di problematiche di non poco conto. A partire da prestazioni abbastanza limitate e instabilità chimica. Che, unendosi alle difficoltà nella loro produzione su larga scala, ne hanno ostacolato in maniera significativa l’applicazione nelle batterie.
La risposta è data dall’utilizzo di ferro e aldeide salicilica
Per riuscire a dare una risposta alle sfide sul tappeto, la squadra dei ricercatori ha quindi sviluppato un nuovo tipo di materiale metallo-organico composto da ferro e aldeide salicilica (Fe-Tp). Un materiale il quale ha evidenziato prestazioni notevoli sotto forma di anodo nei test iniziali. E che, combinato in seguito con la grafite, ha infine reso possibile lo sfruttamento dell’elevata capacità di stoccaggio del MOF senza intaccarne le proprietà di stabilità e scalabilità. Il risultato di questo lavoro è stato un aumento della capacità di stoccaggio della grafite, tale da raddoppiare così le prestazioni della batteria.
Il MOF sviluppato in tal modo evidenzia una struttura di porosità gerarchica la quale permette il libero flusso degli ioni di litio, anche durante i cicli di carica e scarica, migliorando l’efficienza. Tanto da spingere i ricercatori ad affermare: “Dopo 500 cicli costanti di carica e scarica, il materiale ha mantenuto l’89% della sua capacità ciclica , dimostrando la sua durabilità e il potenziale per applicazioni a lungo termine”.
Proprio tale stabilità a lungo termine suggerisce che il materiale potrebbe essere incorporato con una certa facilità nelle attuali batterie. Andandone ad ottimizzarne le prestazioni, senza alcuna necessità di sostituire del tutto la grafite.
Cosa vuol dire tutto ciò per le batterie agli ioni di litio?
Il lavoro condotto dai ricercatori potrebbe ora avere implicazioni significative per lo sviluppo di batterie agli ioni di litio di prossima generazione. Con vantaggi di grande rilievo in termini di autonomia e longevità per i dispositivi elettrici, compresi i veicoli. È ancora José Ignacio Martínez ad affermare: “L’uso di un additivo economico e scalabile come Fe-Tp apre la possibilità di batterie più efficienti e di maggiore durata”.
Gándara, a sua volta, aggiunge che, grazie alla sua sicurezza ambientale e alla fattibilità della produzione su larga scala, il nuovo materiale può essere considerato un passo avanti per l’industria dello stoccaggio dell’energia, sempre alla ricerca di soluzioni sostenibili ed economiche.
Tanto da spingere i ricercatori verso una affermazione molto impegnativa, vaticinando una trasformazione radicale per il mercato globale dello stoccaggio dell’energia. Tale da sfociare, infine in alimentatori non solo più potenti, ma anche più convenienti.