Carica e scarica al 50% in un secondo per le nuove batterie allo stato solido

Le batterie allo stato solido con bassa resistenza interna allo studio in un'università giapponese aprono interessanti prospettive anche nel campo dei trasporti

1
3633

Le batterie al litio allo stato solido suscitano grande interesse per la loro alta densità di energia e per la loro sicurezza. Molti sforzi di ricerca si sono concentrati in particolare sulle batterie al Litio da 5 V con una struttura a strati in cui il catodo è costituito da un ossido di Litio, Nichel e Manganese (LNMO), in quanto particolarmente promettenti dal punto di vista della densità di energia.

Purtroppo hanno il difetto di una elevata resistenza all’interfaccia fra il catodo e l’elettrolita solido, con valori dell’ordine di 200-2000 ohm/cm2., ossia circa un ordine di grandezza maggiori di quelli di una cella con catodo LNMO, ma con elettrolita liquido.

Lo studio delle batterie allo stato solido in Giappone

La novità è che gruppi di ricercatori delle università giapponesi Tohoku e Tokyo riferiscono di aver ottenuto uno straordinario miglioramento, abbassando tale valore ad appena 7.6 ohm/cm2, il che ha anche consentito di dimostrare la fattibilità pratica di un processo di ricarica stabile con una corrente specifica di 14 mA/cm2.

La ricarica rapida delle batterie al litio allo stato solido

In concreto, si è potuto caricare o scaricare la batteria per il 50% della sua capacità in appena 1 secondo. Cosa ancora più interessante, queste eccellenti prestazioni sono apparse ripetibili senza problemi, dato che anche dopo 100 cicli di carica/scarica non si sono osservati cali di performance. La capacità del prototipo rimaneva di circa 75 mAh/g dopo il primo come dopo il centesimo ciclo.

Si è poi studiata la distribuzione degli ioni Litio su tale interfaccia e la struttura cristallina degli strati, usando tecniche come diffrazione di raggi X e spettroscopia Raman; ciò ha aiutato a identificare meglio il sito e la modalità con cui si svolgono le reazioni di ossidoriduzione.

La carica avviene a una tensione di lavoro tipica di 5 V; la scarica avviene a circa 4 V. Grazie alla bassa resistenza interna, come già osservato, i due processi avvengono, per un esteso intervallo di funzionamento, a una corrente specifica di circa 14 mA/cm2 corrispondente a un indice di carica di ben 3600 C. Una velocità di carica/scarica che ci si aspetterebbe più da un ultracondensatore che da un accumulatore elettrochimico.

Per esempio, il pacco batterie da 100 kWh di una Tesla Model S P100D può venire ricaricato con una potenza di 120 kW (quando si usa il Supercharger), con un indice di carica di 1.2 C, mentre quando la vettura eroga le massime prestazioni il pacco batterie si scarica verso i motori elettrici con una potenza di circa 500 kW, il che corrisponde a un indice di scarica dell’ordine di 5 C. Valori questi che la cella a stato solido sembrerebbe poter superare di diversi ordini di grandezza.

Batterie con queste prestazioni sono state ottenute mediante un processo di fabbricazione in condizioni sotto vuoto ultra spinto, al fine di assicurare l’assenza di impurità all’interfaccia fra elettrolita ed elettrodo.

Per la combinazione particolarmente favorevole delle loro proprietà di densità di energia, elevata sicurezza, bassa resistenza interna e alta corrente di carica/scarica, le batterie di questo tipo rivestono particolare interesse per applicazioni in elettronica e (non a caso) nel settore dei trasporti.

In particolare per il settore dei trasporti si vede con sempre maggiore evidenza che il problema definitivo e più duro da risolvere rimarrà l’infrastruttura di carica, di cui dovranno migliorare in modo drastico la capillarità dei punti di connessione e la loro potenza di ricarica.

1 COMMENTO

LASCIA UN COMMENTO

Please enter your comment!
Please enter your name here