Migliori batterie agli ioni di litio

È in lavorazione una nuova incarnazione delle batterie agli ioni di litio a base di polimeri solidi. Startup con sede a Berkeley, California Seeo, Inc . afferma che le sue celle agli ioni di litio saranno più sicure, più durature, più leggere e più economiche delle batterie attuali. Le batterie di Seeo utilizzano film sottili di polimero come elettrolita ed elettrodi leggeri e ad alta densità di energia. Il Lawrence Berkeley National Laboratory sta ora producendo e testando cellule progettate dall'Università della California, spin-off di Berkeley.

Robusto e compatto: Le celle agli ioni di litio che utilizzano elettroliti polimerici possono essere confezionate in modo conveniente in sacchetti compatti e flessibili (mostrati sopra), invece dei contenitori metallici saldati al laser utilizzati nelle celle attuali.

Le batterie agli ioni di litio sono utilizzate nei telefoni cellulari e nei laptop perché sono più piccole e leggere di altri tipi di batterie. Sono anche promettenti per i veicoli elettrici e ibridi. Tuttavia, i materiali e le sostanze chimiche convenzionali hanno impedito loro di essere ampiamente utilizzati nelle automobili.

Le odierne batterie agli ioni di litio utilizzano elettrodi di ossido di litio e cobalto e un elettrolita liquido, tipicamente sali di litio disciolti in un solvente organico. Il materiale dell'elettrodo può rilasciare ossigeno in caso di sovraccarico o foratura, provocando l'incendio del solvente infiammabile e l'esplosione della batteria. Inoltre, gli elettrodi carichi sono molto reattivi con l'elettrolita liquido, il che riduce la potenza e la [durata del ciclo], afferma Khalil Amine , manager del gruppo di tecnologia avanzata delle batterie presso l'Argonne National Laboratory.

La svolta chiave di Seeo è un elettrolita polimerico solido. Non è infiammabile e quindi intrinsecamente più sicuro. Inoltre, la batteria manterrà una maggiore capacità nel tempo perché il polimero non reagisce con l'elettrodo carico. I dati a vita suggeriscono che i sistemi convenzionali agli ioni di litio perdono circa il 40% della capacità in 500 cicli, afferma Mohit Singh, cofondatore di Seeo. Otteniamo un ciclo di vita molto migliore. Possiamo eseguire 1.000 cicli con una perdita di capacità inferiore al 5%.

Per l'elettrodo negativo, o anodo, l'elettrolita funziona anche con pellicole metalliche al litio, che sono più leggere degli attuali materiali anodici. Ciò significa che la batteria può fornire più energia a parità di peso. Sulla base della singola cella della batteria, Seeo ha calcolato che avrebbe una densità energetica fino a 300 wattora per chilogrammo, che è il 50 percento maggiore rispetto alle batterie agli ioni di litio che sono oggi sul mercato.

Le batterie con elettroliti solidi hanno il vantaggio di essere più economiche da produrre, afferma Amine. Mentre gli elettroliti liquidi devono essere sigillati ermeticamente all'interno di un contenitore di metallo saldato al laser, gli elettroliti di plastica possono essere confezionati all'interno di buste termosaldate.

I vantaggi dei materiali polimerici hanno garantito la ricerca sugli elettroliti polimerici per più di tre decenni. Le batterie ai polimeri di litio, infatti, si trovano già nelle auto radiocomandate e nei lettori MP3. Ma usano un gel polimerico contenente solventi, quindi, come gli elettroliti liquidi, comportano rischi di incendio o esplosione e non hanno una vita molto lunga.

Realizzare polimeri solidi che sono conduttivi quanto gli elettroliti liquidi è stato difficile. In una batteria in carica, l'elettrolita conduce gli ioni di litio dall'elettrodo positivo, o catodo, all'anodo. Maggiore è la conduttività dell'elettrolita, più veloce è la ricarica della batteria. St. Paul, con sede a Minnesota 3M e Montreal, fornitore di energia elettrica con sede in Canada Hydro-Québec hanno speso più di 10 anni su batterie al litio a polimeri solidi. Ma devi far funzionare il polimero a 60 gradi Celsius per migliorare la conduttività, dice Amine. Questo non è molto pratico.

Il problema è che la conduttività e la resistenza meccanica di un polimero non vanno di pari passo. Se le persone provassero a produrre polimeri con un'elevata conduttività ionica, finirebbero con un appiccicoso, dice Singh.

Seeo ha aggirato il problema realizzando film con copolimeri a blocchi: materiali contenenti due catene polimeriche collegate che si autoassemblano in nanostrutture. Uno dei polimeri forma una serie di cilindri conduttivi che sono incorporati all'interno dell'altro polimero, che funge da matrice dura. Singh afferma che il film di elettrolita è robusto ed è conduttivo quasi quanto gli elettroliti liquidi.

La tecnologia di Seeo è diventata molto interessante grazie alla sua pretesa di un polimero ad alta conduttività, afferma Amine. Tuttavia, l'anodo di litio potrebbe essere uno spettacolo. Il litio ha la tendenza a irruvidirsi in superficie e a far crescere dendriti cristallini che possono raggiungere il catodo e cortocircuitare la batteria. L'azienda dovrà eseguire test a lungo termine per dimostrare che il suo polimero è abbastanza duro da bloccare i dendriti.

Gli elettroliti polimerici hanno anche un grande svantaggio intrinseco. I polimeri saranno sempre limitati dalla conduttività ionica inferiore rispetto ai liquidi, afferma Singh. Ciò significa che la batteria di Seeo sarebbe limitata per l'uso in laptop e veicoli elettrici. Ma questi polimeri non sarebbero in grado di affrontare applicazioni di ricarica rapida come veicoli elettrici ibridi o utensili elettrici.

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