Scoperto litio “vetroso”: rivoluzione in arrivo per le batterie?

litio cristallino batterie — Fase della ricarica di una batteria al litio: gli atomi di litio (blu) si depositano su un elettrodo (giallo) (credito: Idaho National Laboratory)

Un raro metallo vetroso scoperto da un team di ricercatori dell’Idaho National Laboratory (INL) e dell’Università della California di San Diego potrebbe rivoluzionare il comparto delle batterie, una scoperta definita come “sorprendente” nel comunicato apparso sul sito dell’università californiana. Nello specifico il litio “vetroso” non cristallino scoperto dai ricercatori migliorerebbe le prestazioni delle batterie permettendo, tra le altre cose, anche catalizzatori più veloci ed efficienti.

Nello studio, pubblicato su Nature Materials, i ricercatori si sono concentrati sul processo di “nucleazione”, un fenomeno che riguarda la prima fase del processo di ricarica durante la quale si depositano atomi di litio sulla superficie dell’anodo, un fenomeno che tra l’altro non è ancora ben compreso a livello atomico.
Questa prima fase della ricarica di una batteria, quella della nucleazione, può influenzare negativamente sulle sue prestazioni nonché sulla sua affidabilità e finanche sul suo livello di sicurezza, come spiega Gorakh Pawar, ricercatore dell’INL e uno degli autori principale dello studio.

Eseguendo analisi con un potente microscopio elettronico a raffreddamento ad azoto liquido, una nuova tecnica di imaging criogenico definita anche “crio-microscopia” o “microscopia crioelettronica”, ed eseguendo complessi modelli con i computer per decifrare la complessità di ciò che vedevano, i ricercatori hanno notato che durante questa fase si vengono a creare degli “embrioni” di litio metallico.
In alcuni casi questo litio aveva una forma meno strutturata ed amorfa, proprio come il vetro, mentre in altri casi aveva una struttura più “tradizionale”, ossia quella cristallina, come il diamante.

Nel primo caso si tratta di metalli elementari amorfi puri mai individuati o visti prima d’ora anche perché sono molto difficili da produrre, spiegano i ricercatori.
Questo nuovo litio “vetroso”, rispetto al più classico litio cristallino, mostra prestazioni molto più efficienti per quanto riguarda la reversibilità elettrochimica e la sua struttura si rivela adatta per le batterie al litio ricaricabili ad alta energia, come spiegato nell’abstract dello studio.
I ricercatori vogliono ora sviluppare batterie per veicoli elettrici che possano essere poste sul mercato e che abbiano un’energia specifica livello di cella di 500 Wh/kg (quest’ultima è un’unità di misura che calcola il rapporto tra la quantità di energia contenuta in una batteria e il suo peso).
Si potrebbero inoltre realizzare catalizzatori metallici molto più efficienti, rivestimenti metallici più durevoli e resistenti e altre applicazioni per le batterie del futuro.