Batterie Litio-aria sempre più efficienti grazie al grafene

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Batteria litio grafene schema
Credit: Tao Liu, Gabriella Bocchetti and Clare P. Grey

Continuano a susseguirsi gli annunci di centri ricerche impegnati nello studio di batterie per autotrazione con densità energetiche sempre più alte. È la volta dell’università di Cambridge in cui si stanno ottimizzando le batterie al Litio-Aria, da tempo note per le eccellenti prospettive di prestazioni, ma finora difficili da mettere a punto.

Due accorgimenti hanno permesso di migliorare la già buona densità energetica e la durata del dispositivo: da un lato l’utilizzo di ioduro di litio per contrastare la formazione di depositi di perossido di litio sugli elettrodi (che avrebbero l’effetto di occupare i siti di reazione compromettendo la durata della batteria) sostituendolo con un particolare superossido stabile cristallizzato di litio, dall’altro delle modifiche alla struttura delle batterie – in particolare l’impiego di grafene in fogli sottili per la realizzazione degli elettrodi.

La densità delle batterie aumenta almeno di 15 volte

Grazie soprattutto agli elettrodi in grafene la densità dichiarata potrebbe avvicinarsi al valore teorico massimo di 12 kWh/kg, allo stesso livello della benzina o del gasolio e ben 60 volte maggiore dei circa 0.2 kWh/kg mediamente raggiunti da una normale batteria Li-ion.

Più prudentemente ci si può aspettare un incremento di 5-15 volte che rappresenterebbe comunque un salto formidabile: si è infatti parlato di una densità energetica obiettivo di 3.3 kWh/kg.

Tenendo anche conto del fatto che il contenuto energetico della benzina va sprecato per il 65% circa a causa del rendimento termodinamico del motore termico, che è sempre molto minore di 1, a una batteria Litio-aria basterebbe immagazzinare un terzo dei kWh equivalenti di un serbatoio di benzina per assicurare la stessa autonomia, alimentando un motore elettrico la cui efficienza è invece solitamente del 90-95%.

Problemi da superare: lentezza di ricarica e vulnerabilità

Fra i problemi ancora da risolvere per le Litio-aria ci sono la densità di potenza relativamente bassa (e conseguente lentezza di ricarica) e la vulnerabilità del catodo alla CO2 contenuta nell’aria. Sono problemi ai quali molti gruppi di ricerca stanno lavorando insistentemente da anni, ma che allo stato attuale dell’arte non consentono di aspettarsi una commercializzazione nel breve periodo.

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