Le batterie del futuro saranno sempre più durature: così promette la sperimentazione effettuata da un team di ricercatori dell’Istituto Helmholtz-Zentrum Berlin fur Materialien und Energie (HZB), dell’Istituto Nazionale per la Scienza dei Materiali e dell’Istituto di Ricerca giapponese sulla Radiazione Sincrotronica.
L’importante risultato che permetterebbe di diventare indipendenti dalla presa elettrica per circa sei giorni in media, dovrebbe essere reso possibile grazie al silicio che andrebbe a sostituire la grafite all’interno delle batterie agli ioni di litio. L’analisi effettuata dai ricercatori studia infatti la struttura del monossido di silicio ‘amorfo’, elemento fondamentale per incrementare la capacità delle batterie agli ioni di litio di prossima generazione, e ha permesso agli studiosi una maggiore conoscenza della struttura dell’elettrodo durante i cicli di carica.
In uno studio pubblicato sulla rivista Acs Nano gli esperti, illustrando la possibilità di sostituire gli elettrodi in grafite con quelli in silicio che sarebbero in grado di assorbire e conservare enormi quantità di litio, hanno però sollevato un problema serio: la migrazione degli ioni distrugge la struttura cristallina del silicio, e questo può triplicare il volume creando notevoli sollecitazioni meccaniche.
Il silicio in forma cristallina possiede infatti una struttura che si deteriora durante i cicli di carica, influendo così sulle prestazioni. Ma grazie allo sviluppo della nuova metodologia di analisi atomica (che combina l’uso di tecniche di diffrazione di fasci elettronici, diffusione di raggi X generati da sincrotrone e simulazioni al computer) ci si è potuti rendere conto che proprio la forma amorfa del silicio, che già gode dell’importante proprietà di essere più resistente al deterioramento connesso con l’uso della batteria, è in grado di contenere un maggior numero di ioni di litio in rapporto al volume, cosa che può portare a migliori prestazioni della batteria.
La sua struttura di base era sconosciuta, rendendo così difficile una sua produzione di massa, ma con la nuova metodologia basata su una combinazione di analisi strutturale e simulazioni al computer, che consente una conoscenza accurata della struttura amorfa del silicio si è giunti a capire che la sua struttura consente la conservazione di un maggior numero di ioni di litio e, di conseguenza, una migliore prestazione della batteria.
La scoperta di questo nuovo metodo di analisi è essenziale per sviluppare ulteriormente la prossima generazione di batterie a ioni di litio ad alta capacità. L’impiego di questo metodo di analisi contribuirà certamente ad incrementare l’autonomia non solo di smartphone e computer ma anche, e soprattutto, dei futuri veicoli elettrici.