Per la prima volta è possibile comprendere la vera ragione della perdita di prestazioni delle batterie. Lo studio dei ricercatori del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) di Richmond dimostra che l’interfase elettrolita solido non è un isolante, come si pensava in precedenza, ma si comporta come un semiconduttore.
L’interfase è uno strato sottile che si forma sulla superficie degli elettrodi della batteria. La convinzione era che funzionasse come una barriera protettiva, prevenendo reazioni indesiderate tra l’elettrolita solido e i materiali degli elettrodi. Si tratta quindi di un componente che ha un ruolo chiave nella durata e prestazioni degli accumulatori. Se invece di un isolante opera come semiconduttore, tutto cambia.
I risultati della ricerca statunitense hanno implicazioni dirette per la progettazione di batterie più durature. Quando le batterie sono nuove, l’interfase elettrolita solido (SEI) si forma durante il primo ciclo di ricarica. Se si osserva l’interno di una batteria ricaricabile obsoleta, si noterà un sostanziale accumulo di litio solido sugli elettrodi negativi. La mancanza di analisi più approfondite ha fatto sì che fino ad oggi si pensasse che questo accumulo fosse la causa delle perdite di prestazioni. I ricercatori del PNNL hanno voluto guardare più a fondo. Così, hanno sviluppato una nuova tecnica per misurare direttamente la conduzione elettrica attraverso il SEI in un sistema sperimentale. Il lavoro ha combinato la microscopia elettronica a trasmissione con la manipolazione su scala nanometrica di aghi metallici. Gli scienziati hanno poi misurato le proprietà elettriche dello strato dell’interfase formatosi sia su rame che su litio con quattro diversi tipi di elettroliti. Le misurazioni hanno rivelato che all’aumentare della tensione nella batteria, lo strato SEI perde sempre elettroni, cosa che lo rende semiconduttivo.
La soluzione
Quali componenti sono responsabili di questa obsolescenza delle batterie? Quelli organici che contengono carbonio, secondo i ricercatori. Sono questi a perdere elettroni. Ridurre al minimo i componenti organici nell’interfase consentirebbe quindi alle batterie di avere una vita utile più lunga. Ridurre la velocità di conduzione, anche di poco, potrebbe avere effetti molto significativi nell’efficienza e nella stabilità dei cicli di carica e scarica.
