Batterie Litio-Metallo: il doppio dell’autonomia per droni, auto e smartphone

L’energy storage è ormai diventato uno dei problemi più comuni degli ultimi anni tanto che il lavoro di ricerca sulle batterie sta portando risultati sempre più interessanti, come visto ad esempio per le batterie al grafene (che sono però ancora in stadio di progettazione).

Dal MIT invece, arrivano le nuove batterie al Litio-Metallo che promettono un’autonomia raddoppiata rispetto alle comuni batterie Li-ion.

La startup SolidEnergy Systems, associata al MIT, fondata nel 2012 da Qichao Hu, ha sviluppato una batteria litio-metallo che sfrutta molti materiali innovativi i quali le consentono di avere una densità di carica doppia rispetto alle batterie agli ioni di litio, inoltre permettendole di continuare ad avere stessa sicurezza e durevolezza.

La batteria prevede la sostituzione della grafite (utilizzata generalmente come anodo) con un sottilissimo foglio di litio-metallo, che può trattenere più ioni, e quindi immagazzinare più carica.

Nell’ottobre del 2015, SolidEnergy aveva dimostrato il primo prototipo funzionante di batteria litio-metallo ricaricabile per smartphone avente doppia densità di carica, la quale aveva consentito di ricevere $12 milioni di finanziamenti. Questa batteria, avente dimensioni dimezzate rispetto alle batterie agli ioni di litio, poteva erogare 2A/h contro gli 1.8A/h delle Li-ion.

SolidEnergy prevede di rendere disponibili le proprie batterie a partire dall’inizio del 2017 per smartphone e wereable, e dal 2018 per le auto elettriche. La prima applicazione sarà per i droni su cui verrà equipaggiata a partire da questo novembre.

Qichao Hu sostiene che sfruttare queste nuove batterie sulle auto elettriche, comporterà un impatto sociale rilevante in quanto le batterie adottate fino ad oggi hanno un autonomia di 200 miglia per singola carica; la loro batteria consentirebbe di percorrere la stessa distanza dimezzando peso ed ingombro.

La produzione

Inizialmente queste batterie avevano problemi in quanto il litio-metallo reagisce poco con l’elettrolito della batteria, il liquido che conduce ioni dal catodo (elettrodo positivo) all’anodo (elettrodo negativo), e forma composti che aumentano la resistenza riducendone il ciclo di vita. Questa reazione crea inoltre dei residui sull’anodo, chiamati dendriti, i quali generano corto circuiti che danneggiano i componenti della batteria.

Come contromisura è stato sviluppato un polimero elettrolita che deve essere scaldato ad alte temperature per funzionare ed un elettrolito inorganico difficile da modellare; si è ottenuta una sicurezza maggiore, ma anche un abbassamento delle performance energetiche.

Donald Sadoway, noto professore del MIT esperto nella ricerca sulle batterie, ha aiutato a produrre nuovi materiali da implementare nelle batterie litio metallo, che sono diventati la base della tecnologia di SolidEnergy. Una di queste innovazioni è l’utilizzo di un sottilissimo foglio di litio-metallo per l’anodo, che è un quinto più sottile del classico anodo delle stesse batterie ad oggi progettate, ed ancora più sottile dei classici anodi in grafite, carbonio o silicio. Questo ha permesso di dimezzare la dimensione delle batterie.

Si è venuta però a creare un’ulteriore difficoltà: la temperatura di funzionamento della batteria è diventata di più 80°C. Allora Hu ha sviluppato un elettrolito ibrido solido-liquido che rende possibile il funzionamento a temperatura ambiente ed anche un liquido ignifugo il quale ferma le reazioni dannose al litio metallo.

Il risultato finale è una batteria sicura con una vita analoga alle batterie agli ioni di litio, ma avente durata doppia.

Questo progetto ha previsto anche un piano di commercializzazione che gli ha consentito di vincere un premio pari a $100k all’Entrepreneurship Competition’s Accelerator Contest, ed è stato anche finalista al MIT Clean Energy Prize tenutosi alla Casa Bianca.

SolidEnergy è riuscita a stipulare una partnership con A123 Systems, azienda produttrice di batterie, la quale ha messo a disposizione attrezzature di produzione e laboratori, in cui perfezionare il progetto.

SolidEnergy è quindi riuscita a sviluppare definitivamente questa batteria sfruttando i materiali già usati presso A123 Systems, di modo da ottimizzare la produzione. “Siamo stati in grado di sfruttare i materiali già presenti in azienda, di modo da avere una prospettiva che prevede batterie per il mondo reale; siamo stati in grado di capire quali materiali avrebbero funzionato in questo processo e quindi abbiamo lavorato a ritroso per svilupparne di nuovi” ha detto Hu.

Non ci resta che attendere di vedere implementata questa nuova tecnologia, che magari sarà il punto di svolta per la produzione di dispositivi ancora più piccoli e leggeri.