Un’alternativa alle materie prime problematiche: una nuova batteria non ha bisogno di un metallo raro

Un’alternativa alle materie prime formate
Una nuova batteria non richiede un metallo raro

23 ottobre 2023, 10:34

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Da tempo sono in corso ricerche sulle batterie che funzionano senza cobalto, perché l’elemento si trova solo in poche aree del mondo e spesso viene estratto in condizioni estremamente difficili: inquinanti, pericolose e che comportano il lavoro minorile. Ora un gruppo di ricerca in Giappone sta trovando una soluzione.

Gli scienziati giapponesi hanno sviluppato una batteria sostenibile agli ioni di litio senza cobalto. La nuova batteria ha una densità energetica superiore del 60% rispetto alle tradizionali batterie agli ioni di litio e può anche fornire una tensione maggiore di 4,4 volt. Inoltre, la batteria è stabile a lungo termine e dopo 300 cariche e scariche ha ancora l’85% della sua capacità massima di accumulo, hanno scritto i ricercatori dell’Università di Tokyo guidati da Atsu Yamada. Sulla rivista specializzata “Nature Sustainability”..

“Siamo lieti di annunciare una nuova alternativa al cobalto utilizzando una nuova combinazione di elementi presenti negli elettrodi, tra cui litio, nichel, manganese, silicio e ossigeno”, ha affermato Yamada in una dichiarazione dalla sua università. Questi materiali sono più comuni e meno problematici da produrre e lavorare. Il cobalto è un elemento raro che viene estratto solo in pochi luoghi e solitamente in condizioni rispettose dell’ambiente. Sono frequenti le segnalazioni di miniere non sicure e di lavoro minorile.

Ecco perché da molti anni si cerca una batteria agli ioni di litio priva di cobalto, ma finora con scarso successo. Anche Yamada e i suoi compagni di squadra hanno dovuto superare le avversità. “È stata una lotta per sopprimere le varie reazioni avverse verificatesi nelle prime versioni della nuova chimica delle batterie che avrebbero potuto ridurne significativamente la durata”, afferma Yamada.

Successo attraverso la composizione dell’elettrolita

Alla fine, la speciale composizione dell’elettrolita ha avuto successo. In un elettrolita, i portatori di carica elettrici si muovono tra due elettrodi quando una batteria viene caricata e scaricata.

Gli scienziati hanno utilizzato LiFSI e FEMC – scritti come litio di(fluorosulfonil)immide e metil(2,2,2-trifluoroetil) carbonato – come elettroliti. Forma uno strato protettivo sull’elettrodo negativo, l’anodo, che è costituito da ossido di silicio. Lo strato protettivo impedisce il contatto diretto tra l’elettrodo e l’elettrolita. Senza di essa l’anodo sarebbe troppo reattivo e quindi instabile; Verrà gradualmente smantellato. Grazie al rivestimento dell’anodo, la batteria dura almeno 1000 cicli di carica e scarica.

I ricercatori vogliono migliorare la sicurezza e la longevità della loro batteria. “Per ora, siamo fiduciosi che questa ricerca porterà a batterie migliorate per molte applicazioni”, afferma Yamada. Il concetto elettrochimico sviluppato da lui e dal suo gruppo di ricerca può essere utilizzato anche in altri processi. I ricercatori stanno prendendo in considerazione la fusione del minerale, la galvanoplastica e l’elettrolisi, ad esempio la scissione dell’acqua per produrre idrogeno.