― Da una ricerca dell'Università di Twente (Olanda), una cella agli ioni di litio con un nuovo anodo a base di Niobato di nichel che si ricarica 10 volte più velocemente

La batteria è al centro della transizione energetica in corso. La tecnologia introno agli accumulatori è in fermento. Si studiano materiali e strutture nuove, per rendere le batterie sempre più efficaci, performanti e a basso impatto. Per renderle insomma adatte all’uso massivo.

Una delle ultime novità arriva da uno studio dell’Università di Twente, in Olanda, dove alcuni ricercatori hanno realizzato una batteria agli ioni di litio che si ricarica 10 volte più velocemente di quelle tradizionali.

Gli studiosi hanno lavorato sull’anodo ricorrendo a un nuovo materiale: il Niobato di nichel. Questo nuovo materiale ha il vantaggio di velocizzare la ricarica delle batterie agli ioni di litio, senza la necessità di realizzare nano-architetture.

L’aumento della velocità di ricarica si ottiene (semplificando molto) con elettrodi ad alta velocità che si ottengono con vari metodi come nanodimensionamento, strutture porose, rivestimenti in carbonio e strutture gerarchiche basate su materiali conduttivi.

Il nanodimensionamento del materiale, e le altre tecniche tradizionale per velocizzare le ricariche, hanno però il difetto di ridurre, al contempo, l’energia volumetrica/densità di potenza e la stabilità della batteria.

Quindi, con la nanotecnologia, è possibile velocizzare i tempi di ricarica, a discapito però della potenza.

Le strutture nanometriche e porose possono migliorare il trasporto degli ioni di litio perché riducono la distanza che da percorrere e aumentano l’area di contatto tra l’elettrolita liquido e il materiale dell’elettrodo. I rivestimenti in carbonio e materiali conduttivi (ad es. grafene o mxene) possono migliorare la conduttività elettrica degli elettrodi per consentire densità di corrente più elevate. Il nanodimensionamento e le strutture porose però portano a una riduzione della capacità volumetrica specifica, mentre i compositi con materiali conduttivi a base di carbonio richiedono che l’elettrodo si scarichi fino a 0,01 V con conseguente formazione di dendriti di litio ad alte densità di corrente.

Le strutture ottenute con questi sistemi sono caratterizzate da canali disorganizzati e casuali per il transito del litio, che possono collassare in fase di carica, finendo quindi per ridurre la densità e la capacità della batteria.

Con il Niobato di nichel, caratterizzato da una struttura cristallina, non è necessario utilizzare la nano-architetture per ottenere tempi rapidi di ricarica, non si va quindi a ridurre la potenza.
È proprio la sua struttura a rendere Niobato di nichel adatto allo scopo: cristallina, regolare e aperta, presenta canali identici e ripetuti per il trasporto del litio.

Fino ad oggi la grafite era uno dei materiali più promettenti. Il Niobato di nichel supera anch’essa in quanto è più compatto e quindi caratterizzato da maggiore densità di energia volumetrica, portando a celle più leggere e compatte.

Lo studio evidenzia che il nuovo materiale ha una capacità elevata di circa 244 mAh g-1, e poiché la variazione di volume all’interno del niobato di nichel è minima durante il funzionamento, la batteria mantiene l’81% della sua capacità per 20.000 cicli. Tutto ciò avviene senza danneggiare l’anodo, con un processo di produzione del niobato di nichel molto più semplice che, tra l’altro, non richiede una camera bianca.