Grazie all’argento, una batteria raggiunge i 467 Wh/kg: ecco le conseguenze per l’auto elettrica

Riuscire a ottenere una batteria in grado di immagazzinare più energia senza aumentarne il peso è una delle principali preoccupazioni dei ricercatori. Tuttavia, è poco utile raggiungere valori eccezionali se la capacità si disperde rapidamente durante le ricariche. Un team dell’Università di Scienza e Tecnologia di Hong Kong ha presentato una soluzione che affronta entrambi i problemi utilizzando un additivo a base di argento.

Lo studio, guidato dal professor Shao Minhua, ha raggiunto una densità energetica di 467 Wh/kg in una cella di tipo “pouch”. Inoltre, una cella a bottoni ha mantenuto il 90% della sua capacità dopo 200 cicli.

In che modo l’argento aiuta le batterie senza anodo

La proposta si basa su un’architettura denominata «senza anodo iniziale». Invece di incorporare fin dalla produzione un materiale attivo nell’elettrodo negativo, viene utilizzato un collettore di corrente in rame su cui il litio viene depositato durante la carica. Omettere questo materiale iniziale permette di ridurre il peso e semplifica la produzione.

Il problema sorge quando il litio inizia a depositarsi. La superficie del rame non favorisce una distribuzione uniforme, per cui possono formarsi delle dendriti, strutture simili a aghi che deteriorano il funzionamento della cella e possono causare cortocircuiti interni. È altresì fondamentale la stabilità dello strato protettivo che si forma sulla superficie dell’elettrodo, noto come SEI.

Per migliorare questo comportamento, i ricercatori hanno aggiunto all’elettrolita un additivo multifunzionale chiamato AMI, che contiene ioni d’argento. La sua funzione va oltre l’aggiunta di un semplice ingrediente alla miscela: innescata dopo l’assemblaggio della cella, provoca una serie di processi volti a modificare il rame, regolare il deposito del litio e rafforzare la protezione dell’elettrodo.

La plata favorisce un deposito del litio più uniforme. Allo stesso tempo, l’additivo contribuisce a formare uno strato protettivo con una zona interna ricca di componenti organici e un’altra esterna ricca di componenti inorganici. Lo scopo è permettere il movimento degli ioni e mantenere una barriera stabile durante le successive cariche e scariche.

A ciò si aggiunge una reazione di polimerizzazione nell’elettrolita che genera un gel quasi solido. Questo aiuta a mantenere il contatto tra l’elettrodo e l’elettrolito, uno dei punti delicati di queste batterie. Pertanto, non si tratta di una batteria completamente a elettrolito solido, bensì di una configurazione quasi solida volta a migliorare la stabilità delle sue interfacce.

Ciò che dimostrano i test e ciò che resta da risolvere

Per un’auto elettrica, una maggiore energia per chilogrammo potrebbe tradursi in una maggiore autonomia con un peso simile, oppure in una batteria più leggera mantenendo la stessa capacità. Tuttavia, questa cifra si riferisce a una singola cella: un pacchetto completo deve includere anche struttura, connessioni, sistemi di raffreddamento e sistemi di controllo, il cui peso conta anch’esso.

L’interesse di questo lavoro risiede nel tentativo di risolvere diversi problemi con lo stesso processo. Ora bisogna verificare se questo vantaggio persiste aumentando le dimensioni delle cellule e le esigenze di utilizzo, nonché quanto costi portarlo alla produzione. L’argento ha dato risultati interessanti in laboratorio; il prossimo passo sarà testarne la stabilità al di fuori del laboratorio stesso.

Fonte | Nature