Arriva la batteria al granato con ricarica super rapida

Il lungo tempo di ricarica dei veicoli elettrici (EV) rispetto al tempo di rifornimento dei veicoli a benzina è stato uno dei principali ostacoli all’adozione di massa dei veicoli elettrici. Per ottenere un’esperienza di ricarica paragonabile a quella dei veicoli a benzina, il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) ha fissato un obiettivo di ricarica rapida inferiore a 15 minuti per caricare una batteria EV. L’Università del Maryland ha creato un anodo che permette di superare le richieste del DOE. Tutto questo però dimostra che la ricerca ha ancora molti passi da percorrere e che le macchine attuali sono un po’ in anticipo sui tempi.

grIl problema della ricarica rapida è però nel litio. gli anodi in carbonato di litio vengono a creare dei dendriti, delle infiltrazioni, devastanti nel caso di ricarica rapida.  È qui che entrano in gioco gli anodi in litio metallico, che hanno il potenziale per superare questi problemi. Gli anodi Li-metal consentono di ottenere batterie a più alta densità energetica e quindi una maggiore autonomia dei veicoli elettrici. Tuttavia, la velocità di carica degli anodi Li-metallo è stata finora limitata a causa della formazione di dendriti anche se più corti, anche in questi anodi.

Per risolvere questo problema, un team di ricerca del Maryland Energy Innovation Institute (MEI2) dell’Università del Maryland (UMD) ha sviluppato un materiale simile al granato a conduzione mista di ioni ed elettroni monofase (MIEC) con proprietà di conducibilità simili a quelle degli ioni di litio. 

Integrato nell’architettura 3D sviluppata in precedenza, il materiale non solo ha raggiunto l’obiettivo di carica rapida del DOE per i cicli di Li, ma lo ha superato di 10 volte.

La struttura porosa del granato MIEC può essere molto utile per alleviare le tensioni sugli elettroliti solidi durante i cicli. Distribuendo il potenziale in modo uniforme sulla superficie, può aiutare a prevenire i punti caldi locali che potrebbero altrimenti indurre la formazione di dendriti

L’immagine soprastante mostra, in modo non chiaro questo: l’utilizzo della nuova struttura , il grosso cerchio a destra, supera di molto le richieste del Dipartimento per l’Energia per la ricarica veloce.

I ricercatori hanno dimostrato che in un’architettura a tre strati con al centro il Litio, quindi una struttura MIEC porosa che supporta un sottile e denso elettrolita di granato, la densità di corrente critica può essere aumentata fino a un valore mai raggiunto prima di 100 mA cm-2 senza nessuna creazione di pericolosi dendriti. Inoltre la loro capacità di resistere ai cicli di carica rapida è sei volte quella degli anodi in litio più moderni. Si è calcolato che la batteria potrebbe essere caricata e scaricata quotidianamente per 10 anni senza perdere le proprie caratteristiche, mostrando quindi la capacità di trasformarsi in un prodotto commercialmente valido.

“Il dott. Eric Wachsman [ricercatore principale] e il team hanno dimostrato la capacità di velocità superiore dell’anodo litio-metallo in questo lavoro; è grazie all’innovativo design 3D e all’architettura unica che è stato possibile ottenere tali prestazioni. Questo approccio apre un nuovo paradigma per la progettazione di batterie ricaricabili ad alta energia di prossima generazione”, ha dichiarato il dottor Y. Shirley Meng, Chief Scientist dell’Università di Chicago.

Il successo della dimostrazione di questo metallo Li privo di dendrite ad alta velocità in strutture MIEC 3D dovrebbe stimolare lo sviluppo di batterie pratiche a stato solido con anodi privi di Li.