Le batterie al litio sono al centro della tecnologia moderna, in quanto alimentano praticamente ogni cosa, dagli smarphone alle auto elettriche. Tra diverse tipologie, le batterie agli ioni di litio sono quelle più utilizzate grazie alla loro elevata densità energetica e alla loro lunga durata.
Per superare alcuni limiti, la ricerca si sta concentrando sulle batterie allo stato solido. Queste batterie si caratterizzano per la presenza di un elettrolita solido, offrendo promesse di maggiore sicurezza, densità energetica superiore e cicli di vita più lunghi. Tuttavia, anche le batterie allo stato solido non sono prive di sfide.
Una delle più significative è la necessità di applicare elevate pressioni per garantire un buon contatto tra il litio metallico e l'elettrolita solido, un requisito che spesso le rende poco pratiche per l'uso su larga scala.
Il problema principale risiede nella morfologia del litio metallico all'interfaccia con l'elettrolita. Durante il ciclo di carica e scarica, il litio tende a cambiare forma, creando dei vuoti che possono far perdere il contatto con l'elettrolita solido. Questo fenomeno degrada inevitabilmente le prestazioni della batteria nel tempo.
Tradizionalmente, per ovviare a questo inconveniente, si ricorreva all'applicazione di un'elevata pressione esterna tramite piastre specifiche, che però aggiungono peso e ingombro al dispositivo, rendendolo meno efficiente. I ricercatori del Georgia Institute of Technology, guidati da Matthew McDowell, hanno però scoperto una soluzione sorprendentemente semplice ed efficace per superare questa difficoltà.
Ispirandosi al concetto biologico di morfogenesi, il team ha deciso di aggiungere una piccola percentuale (circa il 20%) di sodio metallico al litio.
Ciò che rende questa scoperta così brillante è il comportamento del sodio. Nonostante il sodio non sia attivo nel sistema di batterie - nel senso che non contribuisce direttamente al flusso di corrente - la sua peculiarità di essere immiscibile con il litio gli permette di formare dei domini all'interno della microstruttura del litio. Questi domini di sodio sono intrinsecamente deformabili e fungono da "ammorbidente", migliorando significativamente il contatto tra il litio e l'elettrolita solido.
Come spiega McDowell, sembra controintuitivo perché il sodio non è attivo nel sistema di batterie, ma è molto morbido, il che contribuisce a migliorare le prestazioni del litio. Questa aggiunta intelligente elimina la necessità di applicare pressioni esterne elevate, rendendo le batterie allo stato solido più pratiche, leggere e compatte.
La ricerca, intitolata "Interface morphogenesis with a deformable secondary phase in solid-state lithium batteries" e pubblicata sulla prestigiosa rivista Science, apre nuove ed entusiasmanti prospettive per lo sviluppo di batterie allo stato solido più efficienti e affidabili, avvicinandoci a un futuro energetico più sicuro e sostenibile.
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