Litio-Indio: la nuova batteria che si può caricare in 5 minuti

Un team di ricerca guidato da Lynden Archer, professore e preside di Cornell Engineering, ha sviluppato una nuova batteria al litio-indio in grado di caricarsi in soli cinque minuti. Questo potrebbe aiutare a risolvere l’ansia legata ai tempi di ricarica dei veicoli elettrici (EV) e ad aumentarne l’adozione.

L’elettrificazione dei trasporti privati e pubblici ha visto un freno nello scarso amore dei consumatori per i mezzi elettrici, sia per il costo, sia per la cosiddetta “Ansia da autonomia”, cioè la necessità di doversi fermare per lungo tempo per ricaricare i mezzi. Questo ha spinto a mezzi con autonomie maggiori, ma sono anche auto più pesanti e costose, e quindi meno desiderate.

Grazie ai progressi tecnologici, il caricatore commerciale più veloce può ricaricare un veicolo elettrico in non meno di 30 minuti. Sebbene si tratti di un notevole miglioramento rispetto ai cicli di ricarica di 8 ore delle prime stazioni di ricarica, comunque bisogna fermarsi a prendere almeno un aperitivo per ricaricare l’auto, ammesso che ci siano caricatori veloci.

Lynden Archer invece propone una nuova batteria EV da 900 km di autonomia si ricarica in sei minuti e funziona in qualsiasi condizione atmosferica, anche con il freddo estremo.

“Se si può caricare una batteria EV in cinque minuti, non è necessario avere una batteria abbastanza grande per un’autonomia di 300 miglia”, ha dichiarato Archer in un comunicato stampa. “Puoi accontentarti di meno, il che potrebbe ridurre il costo dei veicoli elettrici, consentendo un’adozione più ampia”.

Cambiamento di approccio

Per ideare una batteria a ricarica più rapida, il team ha adottato un nuovo approccio concentrandosi sulla cinetica delle reazioni elettrochimiche, cioè la velocità con cui questo tipo di reazioni avviene nelle batterie. Più queste sono veloci più rapida ssarà la ricarica. Hanno osservato attentamente un concetto chiamato numero di Damköhler, che misura la velocità di reazione e la velocità con cui il materiale viene trasportato al sito di reazione.

Il team ha cercato in particolare materiali con un basso numero di Damköhler, che hanno una velocità di reazione elevata, e ha scoperto che poteva essere utilizzato un metallo morbido chiamato indio.

Dopo aver caricato velocemente la loro nuova batteria al litio, i ricercatori hanno osservato che l’anodo all’indio presentava un’elettrodeposizione di litio omogenea, mentre altri materiali anodici possono sviluppare dendriti che influiscono sulle prestazioni della batteria. Quindi la soluzione migliore era quella dell’anodo di questo metallo raro.

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Batterie che si ricaricano in cinque minuti

L’indio viene utilizzato in commercio come saldatore a bassa temperatura per la produzione di ossido di indio-stagno, un materiale di rivestimento per pannelli solari e touch screen. I ricercatori hanno scoperto che il metallo ha una barriera energetica di migrazione molto bassa, che può aiutare a stabilire la velocità di diffusione degli ioni. Ha anche una buona densità di corrente di scambio, ovvero il tasso di riduzione degli ioni all’anodo. La combinazione di questi due fattori consente di ottenere una ricarica rapida e un’archiviazione di lunga durata.

“L’innovazione chiave è che abbiamo scoperto un principio di progettazione che consente agli ioni metallici all’anodo della batteria di muoversi liberamente, trovare la giusta configurazione e partecipare alla reazione di accumulo della carica”, ha aggiunto Archer. “Il risultato finale è che in ogni ciclo di carica l’elettrodo si trova in uno stato morfologico stabile. È proprio questo che dà alle nostre nuove batterie a carica rapida la capacità di caricarsi e scaricarsi ripetutamente per migliaia di cicli”.

Il ricercatore suggerisce che la combinazione di questa tecnologia con caricabatterie wireless basati sull’induzione può contribuire a ridurre le dimensioni dei pacchi batteria necessari per i veicoli, riducendo così anche i costi.

L’indio ha vantaggi e svantaggi: il vantaggio è che è un metallo disponibile con l’argento e prodotto in più paesi, Cina, Corea e Canada. Ha lo svantaggio di essere pesante (inizialmente era chiamato “Piombo bruno”), il che lo potrebbe rendere problematico per l’uso nelle batterie. Però la capacità di ricarica in cinque minuti potrebbe renderne necessaria una quantità minore, perché ridurrebbe l’ansia da auonomia