Innovazione

Ecco perché le batterie al litio metallico vanno in cortocircuito

Le batterie solide al litio metallico potrebbero essere il futuro dell'alimentazione dei veicoli elettrici, ma hanno un problema: vanno spesso in cortocircuito. Ora abbiamo scoperto perché.

Le batterie al litio metallico con elettroliti solidi sono, per molti osservatori, il futuro per i veicoli elettrici: leggere, ignifughe, capaci di conservare molta energia e di ricaricarsi rapidamente, il loro sviluppo procede però a rilento a causa di un problema non da poco – vanno spesso in cortocircuito. Perché? Un gruppo di ricercatori se l'è domandato e ha condotto oltre 60 esperimenti per scoprirlo. I risultati sono stati pubblicati su Nature Energy.

Crepe. Molti degli elettroliti solidi (che consentono il passaggio dell'energia elettrica tra il catodo e l'anodo) utilizzati in queste batterie sono in ceramica, materiale che ha il grande vantaggio di essere ignifugo ma l'altrettanto grande svantaggio di creparsi facilmente. Ed è proprio questo ciò che succede: durante la ricarica si formano delle crepe grandi appena 20 nanometri (un capello è spesso 80.000 nanometri, per capirci) che permettono al litio di insinuarsi nell'elettrolita solido e far andare in cortocircuito la batteria formando un "ponte" tra polo negativo (anodo) e positivo (catodo).

Perché succede? Per capire il motivo per cui si formano queste crepe, gli studiosi hanno effettuato oltre 60 esperimenti: in ognuno di questi hanno posto una sonda elettrica su un elettrolita solido, creando una minibatteria, e utilizzato un microscopio elettronico per osservare i cambiamenti in tempo reale. L'osservazione ha permesso di scoprire che le crepe si formano per colpa della pressione (minima) esercitata sull'elettrolita: quando la sonda sfiorava appena la superficie dell'elettrolita, non vi erano problemi. Quando invece la sonda premeva sull'elettrolita in ceramica, la batteria andava in cortocircuito. «Anche la polvere o altre impurità che si insinuano durante la fabbricazione possono generare una pressione tale da formare le crepe», spiega William Chueh, uno degli autori.

Alla ricerca di una soluzione. Il ruolo dell'elettrolita è quello di separare fisicamente il catodo dall'anodo, permettendo allo stesso tempo agli ioni di litio di spostarsi liberamente tra i due: se il catodo o l'anodo si toccano o vengono connessi in qualche modo elettricamente, si forma un tunnel di litio metallico che provoca il corto circuito. Ora che siamo giunti alla radice del problema, non ci resta che trovare la soluzione: il prossimo passo dei ricercatori è capire come utilizzare queste stesse forze meccaniche, che causano le crepe, per rinforzare il materiale durante la produzione, oppure cercare di rivestire la superficie dell'elettrolita per impedire la formazione di crepe o ripararle se già presenti.

12 febbraio 2023 Chiara Guzzonato
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