Una nuova tecnologia unisce i vantaggi delle celle a ioni di litio con quelli delle celle a litio-metallo
Uno studio pubblicato sulla rivista scientifica Joule dimostra che Tesla sta lavorando ad un nuovo tipo di batteria "ibrida", che unisce alcune caratteristiche delle classiche batterie a ioni di litio con quelle delle batterie "litio-metallo". Queste ultime sono molto pi¨´ efficienti, ma devono fare i conti con diversi problemi che le rendono inutilizzabili sulle auto elettriche. Lo studio ¨¨ firmato da Cameron Martin, Matthew Genovese, A.J.Louli, Rochelle Weber e J.R.Dahn. Il primo ¨¨ un giovane stagista di Tesla, Rochelle Weber ¨¨ Senior Cell Materials Engineer di Tesla, Jeff Dahn ¨¨ a capo del gruppo di ricercatori che lavorano allo sviluppo delle batterie nel centro di ricerca Tesla di Halifax, in Canada.
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LITIO-METALLO
¡ª ?In una normale batteria a ioni di litio il catodo, cio¨¨ il polo positivo, ¨¨ fatto di un composto di litio mentre l'anodo, cio¨¨ il polo negativo, ¨¨ fatto di grafite. Con questa configurazione si pu¨° accumulare una buona quantit¨¤ di energia, pari a 250-639 Wh/L (Wattora per ogni litro di volume delle celle) e le batterie per auto elettriche sono di solito nella fascia alta di questo range: intorno ai 530 Wh/L. Nelle batterie litio-metallo anche il polo negativo ¨¨ fatto di litio, in forma metallica (da qui il nome). Queste batterie hanno il vantaggio di poter accumulare molta pi¨´ energia, fino a 890 Wh/L, ma hanno lo svantaggio di essere molto pericolose (il litio metallico ¨¨ instabile e pu¨° infiammarsi o esplodere) e soprattutto il catodo in litio metallo tende a formare dei cristalli detti "dendriti" che fanno crollare, dopo non molti cicli di carica e scarica, la capacit¨¤ della batteria di accumulare energia. Tuttavia, le batterie litio-metallo sono cos¨¬ interessanti dal punto di vista scientifico e industriale che il premio Nobel per la chimica 2019 ¨¨ andato a John Goodenough, Stanley Whittingham e Akira Yoshino proprio per i loro lavori scientifici su queste batterie.
LA BATTERIA IBRIDA
¡ª ?Il gruppo di ricerca fche fa capo a Tesla ha cercato di salvare capra e cavoli: la capacit¨¤ di accumulare energia delle batterie litio-metallo e la sicurezza delle batterie litio-grafite. Detta in modo molto schematico, si tratta di posizionare un sottile strato di litio metallo sotto lo strato di grafite. Per questo la batteria ¨¨ ibrida, perch¨¦ ¨¨ contemporaneamente sia alla grafite che al litio metallo. I test eseguiti su batterie ibride con celle a sacchetto (Tesla al momento usa batterie con celle cilindriche) mostrano una capacit¨¤ di accumulare il 20% di energia in pi¨´ a parit¨¤ di volume. Questo vuol dire che, nello stesso spazio, si possono accumulare pi¨´ chilometri di autonomia. Oppure occupare meno spazio, e aggiungere meno peso all'auto, per fare gli stessi chilometri.
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NUOVE BATTERIE IN ARRIVO ?
¡ª ?Tuttavia, non bisogna gridare al miracolo perch¨¦ questo studio ¨¨ ben lontano dal diventare un prodotto commerciale. Se nelle normali batterie a litio-metallo la capacit¨¤ di accumulare energia scende sotto l'80% di quella originale dopo appena 15 cicli completi di carica e scarica (per la formazione dei dendriti di cui sopra), in queste batterie ibride tale decadimento di prestazioni avviene lo stesso, ma dopo 150 cicli. Che ¨¨ un risultato molto migliore, ma non ancora sufficiente per una auto elettrica, che deve mantenere la stessa capacit¨¤ di accumulare energia per ben pi¨´ cicli di ricarica. Ma in un passaggio dell'articolo pubblicato su Joule si intravede lo zampino di Tesla e vi si riconosce completamente la mentalit¨¤: "Poich¨¦ le batterie spesso non vengono caricate al 100% della loro capacit¨¤, queste celle ibride possono funzionare in modalit¨¤ agli ioni di litio con un degrado leggero per la maggior parte della loro vita, con sporadici cicli completi di ricarica per una capacit¨¤ estesa". E qui, chi conosce Tesla e il sofisticato software di gestione delle sue batterie e dei cicli di ricarica, capisce al volo di cosa stiamo parlando: il litio-metallo c'¨¨, ma lo si carica solo quando serve realmente.
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