La maggior parte delle persone che guidano veicoli elettrici si preoccupa di alcune cose: quanta strada può percorrere l’auto con una carica completa, come funziona la batteria quando fuori fa molto freddo e quanto velocemente può ricaricarsi. Un nuovo articolo di ricerca pubblicato sulla rivista Nature il 25 febbraio mostra che potremmo essere vicini a risolvere due di questi problemi contemporaneamente.
La ricerca proviene da un team guidato dal professor Zhao Qing e dall’accademico Chen Jun dell’Università di Nankai, insieme a Li Yong dello Shanghai Institute of Space Power Sources. Hanno trovato un modo per rendere le batterie al litio molto più potenti. Nello specifico hanno raggiunto una densità energetica di 700 Wh/kg. Le migliori batterie utilizzate oggi nelle automobili raggiungono solitamente un valore compreso tra 250 Wh/kg e 255 Wh/kg, mentre le batterie allo stato solido promettono circa 500 Wh/kg.
Per capire perché questo è importante, pensa a una batteria come a un serbatoio di carburante. Se hai due serbatoi dello stesso peso, ma uno contiene tre volte più energia, la tua auto può percorrere molta distanza senza fermarsi. La nuova tecnologia quasi triplica la capacità energetica rispetto agli standard attuali. Ciò significa che le auto elettriche potrebbero eventualmente percorrere distanze molto più lunghe senza bisogno di pacchi batteria enormi e pesanti che appesantiscono il veicolo.
Il segreto di questo salto di potenza risiede nel liquido all'interno della batteria: l'elettrolita. Le batterie utilizzano una miscela di sali di litio e solventi carbonati, che fanno affidamento sugli atomi di ossigeno per aiutare il litio a muoversi. Funziona abbastanza bene, ma ha grandi svantaggi. Gli elettroliti liquidi sono densi e non si diffondono facilmente. Inoltre smettono di funzionare bene quando la temperatura scende, motivo per cui molti veicoli elettrici perdono autonomia durante l’inverno.
Il team cinese ha deciso di provare qualcosa di diverso. Hanno creato un nuovo tipo di liquido utilizzando solventi idrocarburici fluorurati. Invece di usare l’ossigeno per spostare il litio, hanno usato il fluoro. Questo cambiamento rende il liquido molto più "umido", quindi la batteria ne ha bisogno di meno per funzionare. Poiché il liquido è più fluido e scorre meglio, può spostare l’energia molto più velocemente.
Il nuovo design si comporta incredibilmente bene al freddo. Le batterie tradizionali spesso si arrendono quando fa freddo, ma le nuove celle possono ancora funzionare a -50°C. Anche a temperature così estreme, la batteria mantiene una densità energetica di quasi 400 Wh/kg. Questo valore è ancora superiore a quello offerto oggi dalla maggior parte dei veicoli elettrici di fascia alta a temperatura ambiente.
Il team ha spiegato che dovevano stare molto attenti a come creare il nuovo elettrolita: dovevano bilanciare lo “spazio” all’interno del liquido in modo che gli atomi di litio potessero muoversi liberamente. Passando dall'ossigeno al fluoro, hanno rimosso il collo di bottiglia che frenava le prestazioni, consentendo alla batteria di essere allo stesso tempo più leggera e più resistente.
Molte aziende stanno gareggiando per costruire batterie allo stato solido, spesso chiamate il “Santo Graal” del settore. Ma anche queste batterie raggiungono solitamente solo circa 400 Wh/kg. La nuova scoperta mostra che le batterie “liquide” possono effettivamente battere la tecnologia a stato solido se la chimica è corretta. Se questo passaggio dal laboratorio alla fabbrica, potrebbe cambiare il modo in cui costruiamo qualsiasi cosa, dai camion per le consegne agli aeroplani.
Queste batterie potrebbero alimentare robot avanzati o persino apparecchiature utilizzate nello spazio. Al momento, il valore di 700 Wh/kg si riferisce solo alla singola cella, ma una volta che queste celle saranno assemblate in un sistema di batterie completo, i guadagni saranno sostanziali. Questa ricerca mostra che le batterie al litio hanno ancora un potenziale non sfruttato e sfida le aspettative fissate dalla tecnologia a stato solido.
