Questa batteria funziona anche dopo essere stata piegata e tagliata: non va a fuoco né esplode
I ricercatori hanno creato una nuova batteria detta “a conversione” talmente efficiente e sicura che continua a funzionare anche dopo essere stata piegata o tagliata. Inoltre non si incendia e non esplode, due rischi significativi cui si va incontro in caso di danneggiamento – o in caso di esposizione a condizioni ambientali inidonee – con le comunissime batterie agli ioni di litio. Sono impiegate per alimentare tantissimi dispositivi e veicoli di uso comune, dai telefoni cellulari alle macchine fotografiche, passando per computer, monopattini, biciclette e auto elettriche. Sul web non sono pochi i video virali in cui si vedono oggetti più o meno grandi che prendono fuoco o esplodono, con seri rischi per le persone. Alcuni degli incidenti più gravi hanno visto coinvolte le biciclette elettriche (e-bike), indubbiamente sicure, ma che possono diventare pericolose in determinate circostanze. Si ricordi ad esempio il drammatico incidente avvenuto ad aprile 2023 a New York, quando l'esplosione della batteria di una bicicletta elettrica scatenò un incendio nel quale persero la vita un bambino di 7 anni e sua sorella di 19. Chiaramente si tratta di casi estremi e le batterie agli ioni di litio sono da considerarsi sicure, ma avere un prodotto innovativo in grado di scongiurare anche questi rari rischi rappresenta un passo in avanti da non sottovalutare.
Il "segreto" della super batteria, sottolineiamo ancora sperimentale, risiede nell'utilizzo dello zolfo e, più nello specifico, di un catodo di solfuro di ferro. A mettere a punto il nuovo dispositivo è stato un team di ricerca internazionale guidato da scienziati dell'Università di Scienza e Tecnologia Elettronica della Cina, che hanno collaborato a stretto contatto con i colleghi di vari istituti. Fra quelli coinvolti la Facoltà di Ingegneria e Scienze Applicate dell'Università della British Columbia (Canada), l'Accademia Cinese delle Scienze e l'Istituto di tecnologie avanzate di accumulo di energia del lago Tianmu. I ricercatori, coordinati dal professor Liping Wang, docente presso la Scuola di Materiali ed Energia dell'ateneo di Chengdu, si sono concentrati sullo zolfo poiché, oltre al basso costo e la facile reperibilità, i solfuri di metalli sono potenzialmente in grado di immagazzinare più energia (elevata densità energetica) rispetto ai materiali comunemente impiegati nella realizzazione delle batterie, come gli ossidi di litio-metallo.
Nonostante siano molto promettenti, i solfuri di metalli presentano un problema di fondo significativo. I catodi basati su di essi, infatti perdono rapidamente di capacità quando reagiscono con i comuni elettroliti a base di carbonato utilizzati nelle batterie. Darebbero vita a batterie di scarsa durata ed efficienza. Il team del professor Wang è riuscito ad aggirare questo problema con una soluzione brillante ed elegante, in grado di preservare l'efficacia della ricarica – che drena la capacità delle celle – e la sua funzionalità. In parole molto semplici, hanno provato a rivestire i catodi di solfuro di ferro con diverse tipologie di polimeri, scoprendo che l'acido poliacrilico (PAA) era quello che offriva la migliore efficacia e protezione dal decadimento.
Dopo aver sviluppato un prototipo della batteria, non solo hanno osservato che dopo 100 cicli di ricarica e scarica non si è manifestato alcun decadimento delle celle, ma che tagliandola e piegandola funzionava. Soprattutto, non ha preso fuoco, né è esplosa. Risultati positivi sono stati osservati anche dopo 300 cicli di ricarica-scarica, in cui i catodi di solfuro di ferro combinati con anodi di litio-carbonio hanno dimostrato un'elevata stabilità e sicurezza, mantenendo una capacità del 72 percento. Si tratta solo di un prototipo, ma che può solo migliorare con la sperimentazione. “Questo lavoro dimostra il potenziale delle batterie al litio di tipo a conversione per ottenere un lungo ciclo di vita e un'elevata sicurezza. I dettagli della ricerca “Chelating-Type Binders toward Stable Cycling and High-Safety Transition-Metal Sulfide-Based Lithium Batteries” sono stati pubblicati su ACS Energy Letters.
