Chi possiede uno smartphone lo sa molto bene: la prima ricarica delle batterie è di gran lunga la più importante. Un assunto cui non sfuggono gli alimentatori delle auto elettriche. A dimostrarlo è un rapporto pubblicato sulla testata scientifica Joule, finanziato dal Toyota Research Institute nell’ambito del programma Accelerated Materials Design and Discovery.
A elaborare lo studio sono stati i ricercatori dello SLAC-Stanford Battery Center (ex Stanford Linear Accelerator Center), i quali hanno potuto accertare come l’esecuzione della prima ricarica a velocità insolitamente elevate è in grado di estendere la vita delle batterie agli ioni di litio in media del 50%, con picchi che possono arrivare addirittura al 70%.
Batterie e prima ricarica: cosa afferma il rapporto
Il rapporto in questione parte dalla formazione, ritenuta fondamentale. Al proposito, è possibile leggere: “La formazione è una fase critica nella produzione delle batterie. Durante questo processo, le scorte di litio vengono consumate per formare l’elettrolita solido interfase (SEI), che a sua volta determina la durata della batteria”.
Per poi proseguire in questo modo: “Sorprendentemente, una corrente di carica ad alta formazione al primo ciclo estende la vita della batteria in media del 50%”.
In pratica, nel corso della produzione il pacco è oggetto di una fase, la formazione appunto, la quale avviene solitamente verso la fine del processo, ovvero quando si effettuano i cicli iniziali di carica e scarica dello stesso.
I cicli di carica iniziali sono delegati alla stabilizzazione del pacco batterie e sono in grado di dare un aiuto per l’attivazione dei materiali all’interno delle celle. Il processo che ne consegue, va ad influire non solo sulle prestazioni, ma anche sulla durata e sulla qualità complessiva della batteria. Tanto da essere paragonato al processo di accordatura degli strumenti musicali, prima di una esibizione in pubblico. Ove condotto al meglio, la messa a punto e la calibrazione possono esaltare il risultato finale.
Un approccio completamente opposto a quello adottato dai costruttori
Nel corso della ricerca, i ricercatori hanno eseguito 186 cicli di carica e scarica su 62 protocolli di formazione. All’immissione di una corrente elevata nel pacco per la prima volta, è conseguita una perdita del contenuto di litio che è arrivata sino al 30%. Un dato abnorme rispetto al 9% che caratterizza la stessa fase ove i metodi di ricarica siano quelli tradizionali.
Una perdita che, però, secondo i ricercatori di SLAC-Stanford non è assolutamente inutile. Spiegando l’arcano in tal modo: “Questa perdita di litio al primo ciclo non è inutile. Il litio perso diventa parte del SEI che si forma sulla superficie dell’elettrodo negativo durante la prima ricarica”. Lo strato che ne consegue, va in buona sostanza a erigere una protezione per l’elettrodo negativo, all’interno del quale la perdita di litio può essere accelerata nel tempo, mostrando un effetto benefico sulla durata del pacco.
Un approccio, quello che abbiamo appena ricordato, il quale rappresenta praticamente l’opposto di quello messo in campo dai produttori. Questi ultimi, infatti, sono soliti dare la prima carica alla batteria con una corrente bassa. Occorre sottolineare, peraltro, che proprio questa fase si rivela una strozzatura di non poco conto, per quanto concerne il processo produttivo, in quanto richiede un congruo arco temporale per il suo espletamento.
È possibile aumentare la durata delle batterie e migliorarne le prestazioni
Quindi, se è vero che l’assenza di una formazione adeguata non permette ad una batteria di funzionare in maniera ottimale, secondo i ricercatori proprio tale processo può essere affrontato in altro modo. Con un duplice risultato: non solo le batterie agli ioni di litio funzionerebbero molto meglio, ma necessiterebbero di meno tempo per poter entrare in funzione.
Con la messa in campo di questa nuova tecnica, nel caso di una perdita di litio derivante dall’utilizzo di un’elevata corrente iniziale, si verrebbe a formare “uno spazio di testa aggiuntivo in entrambi gli elettrodi”. Con un risultato di gran rilievo, sotto forma di un miglioramento delle prestazioni e della durata degli alimentatori. A tutto vantaggio delle auto elettriche che li dovrebbero ospitare.