Batterie a stato solido: cosa sono e come funzionano
Le batterie a stato solido sono una delle ultime innovazioni del campo tecnologico ma, cosa sono e cosa differiscono da quelle classiche?
Molti di noi non si fermano per pensare molto alle batterie dei propri dispositivi. Potremmo maledirle per essersi esaurite troppo in fretta, o noi stessi per non avere un caricabatterie prontamente disponibile quando ne abbiamo bisogno, ma per la maggior parte ci colleghiamo, arriviamo al 100% di carica, ci scolleghiamo e dimentichiamo. Il fatto è che, però, la batteria è un componente importante e intricato come qualsiasi altro in un dispositivo.
In una familiare batteria agli ioni di litio, nata dal defunto brillante John Goodenough, gli elettroliti sono in forma liquida. La nuova innovazione della batteria a stato solido utilizza quegli elettroliti in modo simile, ma sono invece in una forma solida. Il cambiamento non altera radicalmente il modo in cui funziona una tale batteria, ma ha il potenziale per fornire un modo più efficiente per alimentare i nostri dispositivi.
Ecco cosa distingue una batteria a stato solido e un’introduzione al potenziale che la tecnologia detiene.
Come funzionano le batterie a stato solido?
Le batterie agli ioni di litio alimentano i dispositivi separando sia le correnti negative che quelle positive e utilizzando il movimento degli ioni di litio per creare elettroni. Questa connessione invia quindi elettricità al dispositivo che viene caricato o alimentato, tra le riserve di corrente positive e negative.
Gli elettroliti utilizzati in tali batterie sono in forma liquida per facilitare il movimento e la reazione. Ciò che una batteria a stato solido mira a fare è produrre energia utilizzando lo stesso processo, senza la perdita di prestazioni. In effetti, questi nuovi tipi di batterie funzionano allo stesso modo, ma la natura solida dell’elettrolita fa sì che l’interno della batteria può essere semplificato: non sono necessarie misure di sicurezza all’interno per contenere il liquido. Ciò significa che la densità di energia potenziale di una batteria a stato solido è più alta. Può funzionare in modo più efficiente, in breve, perché la maggior parte dei suoi componenti interni sono dedicati alla sola funzionalità.
Questo potenziale aumento di efficienza non può essere sopravvalutato: nel marzo 2022, MIT News ha riferito che, rimuovendo il liquido dall’equazione, il risultato finale non sarebbe stato così volatile se la batteria fosse compromessa. Una tale batteria potrebbe anche fornire il doppio dell’energia di una batteria di corrente comparabile.
Sembra che una batteria a stato solido superi una batteria agli ioni di litio standard delle stesse dimensioni, quindi, ma ci sono delle ombre sulla nuova tecnologia.
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I problemi con le batterie a stato solido
Nel settembre 2020, Gene Berdichevsky e Gleb Yushin di Sila hanno pubblicato “Il futuro dello stoccaggio dell’energia: verso una batteria perfetta su scala globale“. Hanno notato che le batterie a stato solido corrono il rischio che le dendriti vengano prodotte dal metallo nella placcatura, il che potrebbe danneggiare i componenti interni e rivelarsi molto pericoloso. Gli autori hanno anche affermato che lo ione litio, essendo una tale potenza, è la tecnologia in cui il settore manifatturiero ha investito: “Entro il 2030 ci saranno 2.000 GWh di capacità produttiva in tutto il mondo con cui [la tecnologia a stato solido] sarà incompatibile”, stimano.
La creazione di batterie a stato solido è un processo specializzato, e quindi costoso, che l’industria non ha ampiamente affrontato. Nel tempo trascorso dall’ analisi della tecnologia da parte di Berdichevsky e Yushin, tuttavia, sono stati fatti progressi critici. Il documento del 2022 di Younggyu Kim et al”Evitare la CO2 migliora la stabilità termica all’interfaccia dell’elettrolita Li7La3Zr2O12 con i catododi dell’ossido stratificato“, ad esempio, suggerisce che “rimuovere la CO2 e ridurre al minimo l’H2O(g) durante la sinterizzazione è necessario per ottenere un buon contatto all’interfaccia LLZO|catodo senza formare fasi secondarie”.
La sinterizzazione, che comporta l’applicazione di un calore tremendo agli strati per solidificarli insieme, è uno di questi elementi specializzati nella creazione di batterie a stato solido. Se tali inconvenienti come questi possono essere risolti, come suggerisce lo studio, e i costi di produzione ridotti, forse le batterie allo stato solido si riveleranno dominanti nel prossimo futuro, dopo tutto.
