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Litio-Metallo: perché la batteria dei sogni può diventare realtà

Se ne parla da anni. Mai come oggi, però, i progressi della ricerca fanno sperare in unità con autonomia doppia rispetto alle attuali Li-Ion

Batterie

Roberto Catania

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Dagli ioni di Litio al Litio-Metallo: da questo passaggio, apparentemente banale, potrebbe dipendere il futuro delle batterie che oggi utilizziamo in tutti quei settori che hanno bisogno di (tanta) energia da asporto: smartphone, quindi, ma anche droni, pacemaker, automobili elettriche e molto altro ancora.   

Dave Eaglesham, CEO di Pellion Technologies ne è convinto: chi ha un drone potrà anche evitare di portarsi dietro una sfilza di batterie di ricambio, mentre i fortunati possessori di una Tesla potranno fare 800 km senza fermarsi al distributore. Merito di una tecnologia – quella appunto del Litio-Metallo – che permetterà alle batterie di prossima generazione di raddoppiare l’autonomia offerta dalle attuali unità agli ioni di Litio.

Pellion Technologies è una delle tante startup del MIT che lavorano sulle batterie ricaricabili del futuro e in particolare sulle opportunità offerte dal Litio-Metallo. Di questa frontiera, va detto, se ne parla già da parecchi anni; nessuna società – però aveva finora superato la fase sperimentale. Pellon Technologies c'è riuscita, ma non solo. Secondo quanto rivelato Quartz, avrebbe addirittura venduto il suo primo lotto di batterie a un cliente (un produttore di droni di cui ancora si ignora l’identità) che vuole creare una nuova progenie di prodotti con autonomia record.

Sicurezza, costi, sostenibilità: la grande sfida del Litio Metallo

Il grande passo compiuto da questa giovane azienda incubata dal mega centro di ricerca americano sta nel superamento dei problemi connessi alla realizzazione di una batteria con un anodo interamente realizzato in metallo di litio. Finora, infatti, una configurazione di questo tipo, molto più efficiente rispetto a quella delle attuali batterie, è stato resa impraticabile da ragioni di sicurezza.

Avere il litio a diretto contatto con l’aria e i suoi reagenti (ossigeno in primis, ma anche molecole d’acqua e di azoto)- spiegano gli esperti - aumenta il rischio di infiammabilità, ma anche la probabilità di reazioni collaterali (indesiderate) con l’elettrolita interno della batteria nonché la tendenza a generare dendriti, catene radicanti di atomi di litio sulla superficie dell'anodo che causano fra le altre cose una rapida riduzione del ciclo di vita della batteria.

Per dirla in parola povere, il Litio è un metallo altamente reattivo e dunque potenzialmente esplosivo, soprattutto in fase di ricarica (si veda alla voce Galaxy Note 7 e rischi della ricarica di batterie al Litio).

Da qui la decisione di tutti gli attuali produttori di batterie ricaricabili di utilizzare un anodo in grafite, un espediente che garantisce sicurezza al processo di ricarica ma che di contro riduce sensibilmente la densità di carica disponibile per singola batteria come si può vedere da questo semplice disegno pubblicato dalla Advanced Research Projects Agency–Energy (ARPA-E) statunitense.

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La chiave: una batteria convenzionale che si "trasforma" alla prima ricarica

Per risolvere tutti i problemi che hanno finora chiuso la strada all’impiego delle batterie Litio-Metallo, Pellion Technologies ha perciò utilizzato un approccio alternativo – ma anche economicamente più sostenibile - alla questione. I ricercatori dell’azienda americana hanno infatti progettato una batteria che si presenta con una struttura molto simile a quella delle attuali unità agli ioni di litio: c’è ancora un elettrolita liquido, un catodo convenzionale e un anodo che inizia la sua vita come una semplice lastra di rame.

Allo stato di scarica, la batteria Pellion ha i suoi ioni di litio comodamente stipati all'interno del catodo. Il piccolo miracolo avviene invece alla prima ricarica: gli ioni di litio si staccano dal catodo e vanno a depositarsi come uno strato di Litio metallo sull'anodo di rame. Questo processo, definito "zero litio" o "lithium-free", avviene in uno stato in cui la batteria è completamente sigillata dall'ambiente esterno, così da proteggere lo strato di litio metallico di nuova formazione.

I problemi ancora irrisolti

Va detto che, per quanto innovativa, la batteria Pellion ha ancora i suoi punti deboli: impiega più di tre ore per caricarsi e garantisce solo una cinquantina di cicli di carica-scarica (uno smartphone ne richiede almeno 300). Inoltre, per quanto più economica di tutte gli altri prototipi di batteria Litio Metallo (come unità di partenza possono essere utilizzate le tradizionali batterie Lithium-Ion), le nuove batterie hanno comunque dei costi non indifferenti, soprattutto se parametrati alle unità di grandi dimensioni (ad esempio quelle delle aute elettriche).

Ma la speranza è che i progressi ottenuti da Pellion (e da tutte le altre società che con ogni probabilità ne replicheranno il metodo) favoriscano gli investimenti che servono per superare gli questi ostacoli. La batteria del futuro non è ancora realtà, ma l’impressione è che dopo anni di lenta evoluzione, il settore si stia preparando a una vera rivoluzione.

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