Non è escluso che una possibile chiave di volta per il futuro delle batterie allo stato solido possa essere relazionata proprio ai “vecchi” ioni di litio che oggi alimentano molti dei nostri dispositivi. Una recente ricerca condotta dalla Duke University (North Carolina) suggerisce che gli ioni di litio potrebbero davvero offrire prestazioni straordinarie anche all’interno di una batteria con elettrolita solido, riducendo al minimo i rischi e migliorando le capacità di accumulo.
Il composto innovativo utilizzato per questa ricerca è il Li6PS5Cl, un tipo di cloruro di fosforo e zolfo di litio che si comporta come un materiale superionico. Questo speciale elettrolita ha la capacità di favorire il movimento rapido degli ioni all’interno della batteria.
Il team di ricerca ha collaborato con il Oak Ridge National Laboratory, un’agenzia del Dipartimento dell’Energia statunitense, e ha sfruttato la potenza della Spallation Neutron Source (SNS) per analizzare in dettaglio i flussi di ioni a livello atomico. I test sono stati completati grazie alle simulazioni avanzate condotte al National Energy Research Scientific Computing Center del Lawrence Berkeley National Laboratory.
I risultati ottenuti sono promettenti. Il movimento degli ioni all’interno di questo materiale solido si svolge con la stessa velocità di quelli in un elettrolita liquido, il che apre le porte a ricariche rapide, ma con tutti i vantaggi di sicurezza derivanti dalle batterie allo stato solido, come una minore probabilità di combustione. Queste batterie, infatti, sono spesso viste come la soluzione ideale per affrontare le sfide delle batterie moderne, poiché possono offrire una maggiore densità energetica, permettendo di accumulare più energia in un volume inferiore, oltre a ridurre i rischi di incendi che sono invece comuni nelle batterie a litio tradizionali. Nonostante le promettenti caratteristiche, le batterie a elettrolita solido non sono ancora perfette.
Tradizionalmente, gli ioni di litio tendono a muoversi con maggiore difficoltà in un materiale solido rispetto a uno liquido, rendendo difficile mantenere buone prestazioni durante i cicli di carica e scarica. Questa nuova scoperta potrebbe essere un passo decisivo verso la risoluzione di questo problema.
La tecnica innovativa di spettroscopia per la diffusione dei neutroni, impiegata durante gli esperimenti, ha permesso di osservare i movimenti atomici e molecolari, studiando le vibrazioni e le eccitazioni magnetiche nel materiale solido. Grazie a questo approccio, i ricercatori sono riusciti a creare una simulazione precisa di come il litio si diffonde all’interno del materiale, ottenendo risultati che confermano la fattibilità di questa tecnologia.