Nuova vita per le batterie agli ioni di litio, usate comunemente per cellulari, computer e auto elettriche, possono essere ringiovanite, prolungandone così la vita: il risultato è stato ottenuto grazie ad un innovativo processo in grado di contrastare il disordine strutturale che aumenta man mano con l’utilizzo della batteria, riportando l’ordine nella disposizione dei materiali.
Il processo è stato messo a punto da ricercatori guidati dall’Istituto di tecnologia e ingegneria dei materiali di Ningbo (Nimte), dell’Accademia Cinese delle Scienze, che hanno pubblicato lo studio sulla rivista Nature: i test effettuati dimostrano che le batterie sono state ringiovanite quasi al 100%.
Le batterie agli ioni di litio sono valse ai loro inventori, John Goodenough, Stanley Whittingham e Akira Yoshino, il Premio Nobel per la Chimica nel 2019: senza di esse, non esisterebbero i veicoli elettrici, i computer portatili e tutti quei dispositivi che devono funzionare senza un collegamento alla rete elettrica. Si tratta di batterie ricaricabili che offrono maggiori livelli di potenza e che alternano cicli di carica e scarica speso intensi, ma presentano qualche svantaggio in termini di durata, perché le loro prestazioni tendono a calare man mano che le si utilizza.
Una durabilità nel tempo compromessa principalmente dal fenomeno noto come “dilatazione termica”: l’aumento di volume di un materiale all’aumentare della temperatura, che porta a disordini strutturali, cosa sempre più frequente specie nel settore dell’auto, dove le batterie dei veicoli sono sottoposte a forti stress con potenze di ricarica anche oltre i 300 kWh.
Il riciclo delle batterie agli ioni di litio è tecnicamente possibile, ma è economicamente e logisticamente complesso. Una rigenerazione semplice ed efficace potrebbe quindi rappresentare un’alternativa strategica.
Il team guidato dal professor Liu Zhaoping è riuscito da dare nuova vita alle batterie scoprendo che riscaldando le batterie tra i 150°C e i 250°C si verifica un fenomeno inaspettato di “espansione termica negativa” (Negative Thermal Expansion, NTE), che porta le strutture interne delle celle a contrarsi invece che espandersi. Questo processo, descritto come “contrario alle aspettative termodinamiche convenzionali”, consente una transizione da uno stato disordinato a uno ordinato del reticolo cristallino del materiale catodico, ripristinando la capacità persa.
La chiave del successo risiede nell’ossidoriduzione dell’ossigeno (Oxygen-Redox, OR), una reazione elettrochimica che permette alle batterie ricche di litio di raggiungere capacità specifiche superiori a 300 mAh/g. Tale reazione genera instabilità strutturale e decadimento della tensione. Il gruppo di ricerca ha trattato il disordine strutturale non come un difetto, ma come un parametro regolabile. Attraverso impulsi di tensione fino a 4V, è stato possibile ricostruire il reticolo e ottenere un recupero di tensione prossimo al 100%.
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