Negli ultimi anni, il mondo dell’automotive ha assistito a una vera e propria rivoluzione grazie all’avvento dei veicoli elettrici (EV). Questi mezzi di trasporto, alimentati da batterie al litio, promettono di ridurre drasticamente l’impatto ambientale e di offrire un’alternativa più sostenibile ai tradizionali veicoli a combustione interna. Tuttavia, uno dei principali ostacoli allo sviluppo e alla diffusione degli EV è rappresentato dalla limitata autonomia delle batterie attualmente disponibili sul mercato. È in questo contesto che si inserisce la ricerca condotta dai ricercatori della Pohang University of Science and Technology (POSTECH), che hanno sviluppato una nuova tecnologia di batterie al litio con particelle di silicio microscopiche e elettroliti polimerici in gel, in grado di aumentare notevolmente la densità energetica e la stabilità delle batterie.
Le sfide del silicio come materiale per batterie
Il silicio è noto per la sua elevata capacità di immagazzinamento dell’energia, il che lo rende un candidato ideale come materiale per l’anodo delle batterie al litio. Tuttavia, l’impiego del silicio presenta delle sfide significative. Durante il processo di carica, il silicio si espande di oltre tre volte il suo volume originale, per poi contrarsi nuovamente durante la scarica. Questo ciclo di espansione e contrazione può compromettere l’efficienza e la durata della batteria. Sebbene l’uso di silicio nano-dimensionale (10-9m) possa in parte mitigare questo problema, il processo di produzione è complesso e costoso, rendendo difficile la sua applicazione su larga scala.
Innovazioni negli elettroliti polimerici in gel
Il team di ricerca della POSTECH ha applicato gli elettroliti polimerici in gel per sviluppare un sistema di batterie a base di silicio economico e stabile. A differenza degli elettroliti liquidi tradizionali, gli elettroliti in gel si presentano in uno stato solido o gelatinoso, caratterizzati da una struttura polimerica elastica che offre una maggiore stabilità. Questi elettroliti sono fondamentali per facilitare il movimento degli ioni tra il catodo e l’anodo all’interno della batteria.
Migliorare le prestazioni della batteria con il micro silicio
Per superare le sfide legate all’espansione del silicio, i ricercatori hanno impiegato un fascio di elettroni per formare legami covalenti tra le particelle di micro silicio e gli elettroliti in gel. Questi legami servono a disperdere lo stress interno causato dall’espansione del volume durante il funzionamento della batteria, riducendo le variazioni di volume del micro silicio e migliorando la stabilità strutturale. Il risultato è stato notevole: la batteria ha mostrato prestazioni stabili anche con particelle di micro silicio (5μm), cento volte più grandi di quelle utilizzate negli anodi tradizionali di nano-silicio. Inoltre, il sistema silicio-gel elettrolita sviluppato dal team di ricerca ha mostrato una conduttività ionica simile a quella delle batterie convenzionali con elettroliti liquidi, con un miglioramento approssimativo del 40% nella densità energetica. Il sistema proposto dai ricercatori ha inoltre il vantaggio di un processo di produzione semplice e pronto per l’applicazione immediata.
Il futuro dei veicoli elettrici e l’impatto della nuova tecnologia
L’innovazione nel campo delle batterie al litio ha il potenziale di rivoluzionare il settore dei veicoli elettrici. Attualmente, gli EV possono percorrere circa 700 km con una singola carica, ma l’obiettivo dei ricercatori è quello di raggiungere un’autonomia di 1.000 km. La nuova tecnologia sviluppata dalla POSTECH potrebbe essere la chiave per raggiungere questo traguardo, offrendo veicoli elettrici con una durata della batteria più lunga e una maggiore efficienza.
Il ruolo della tecnologia delle batterie nelle innovazioni di AI e sanità
Sebbene al Consumer Electronics Show (CES) del 2024 l’attenzione sia stata rivolta principalmente agli sviluppi rivoluzionari nell’intelligenza artificiale e nella sanità, la tecnologia delle batterie rappresenta il vero elemento di svolta al cuore di queste innovazioni, consentendo una maggiore efficienza energetica. In particolare, è nel settore dei veicoli elettrici che questa tecnologia trova la sua applicazione più intensa.
La ricerca continua per una soluzione pratica
Nonostante il potenziale del silicio, trasformarlo in un materiale praticamente utilizzabile nelle batterie rimane una sfida che i ricercatori stanno ancora affrontando con impegno. Il lavoro svolto dal Professor Soojin Park, dal candidato al dottorato Minjun Je e dalla dottoressa Hye Bin Son rappresenta un passo significativo verso la realizzazione di un sistema di batterie al litio ad alta densità energetica e stabile, che potrebbe presto trovare applicazione nel mercato dei veicoli elettrici.
In conclusione, la ricerca condotta dalla POSTECH apre nuove prospettive per il futuro dell’energia e della mobilità sostenibile. Con una maggiore autonomia e prestazioni migliorate, le batterie al litio a base di silicio potrebbero diventare il cuore pulsante dei veicoli elettrici di domani, contribuendo a ridurre l’impatto ambientale e a promuovere uno stile di vita più sostenibile.
