Il futuro della propulsione elettrica molto si lega al possibile sviluppo delle cosiddette batterie allo stato solido in quanto caratterizzate, rispetto alle attuali batterie al litio dalla presenza di un elettrolita solido anziché liquido che aumenta in maniera significativa le capacità di accumulo, riducendo in maniera altrettanto importante i tempi di ricarica. Rispetto alle batterie al litio tradizionale che è costituita da quattro elementi, anodo, catodo, elettrolita liquido e un separatore, le batterie allo stato solido sono costituire da soli tre elementi, anodo, catodo ed elettrolita solido con quest’ultimo a duplice funzione, di conduttore ionico e separatore
’elettrolita solido può essere realizzato con diversi materiali ed essere di tipo polimerici, ceramico o altro tipo. I primi sono costituiti da polimeri conduttivi ionici che, come tali, consentono il trasporto di ioni attraverso la loro struttura molecolare. Possono essere sintetizzati in laboratorio o ottenuti da fonti naturali, sono flessibili e possono essere processati in film sottili, consentendo l’integrazione in diverse geometrie di celle.
Gli elettroliti solidi ceramici sono composti da strutture cristalline o vetrose che facilitano il trasporto ionico, soprattutto a temperature ambiente, risultando anche molto stabili a livello chimico. Alcune batterie allo stato solido utilizzano poi elettroliti solidi ibridi, che combinano proprietà dei materiali polimerici e ceramici in modo da realizzare una migliore conducibilità ionica rispetto ai polimeri puri e una maggiore flessibilità rispetto ai ceramici puri.
Da precisare che l’elettrolita solido occupa un volume inferiore a un elettrolita liquido e quindi sommando la maggior densità energetica con il minor volume si realizzano batterie che a parità di capacità risultano molto più compatte. A tale plus si abbina la capacità di ogni singola cella di erogare corrente fino a cinque volte in più rispetto a una batteria con elettrolita liquido e ciò a fronte di una densità di energia doppia. Le batterie allo stato solido sono anche più sicure in quanto gli elettroliti solidi riducono significativamente il rischio di incendi o esplosioni e durano di più nel tempo grazie alla maggiore stabilità degli elettroliti solidi.
Ciò significa che possono sopportare un numero maggiore di cicli di carica/scarica senza subire un degrado significativo delle prestazioni, plus interessante per applicazioni che richiedono elevate prestazioni a lungo termine e una lunga durata della batteria. Di contro hanno un costo di produzione più elevato, a oggi quasi il doppio rispetto ad una tradizionale batteria al litio con elettrolita liquido. A parità di dimensioni, la batteria allo stato solido assicura alle auto elettriche un’autonomia maggiorata con un riduzione del gap rispetto a quella delle auto con motore termico a benzina e diesel, consentendo anche la riduzione dei tempi di ricarica con attese alle colonnine che si accorciano significativamente.
Come funziona una batteria
Le batterie funzionano sulla base di una reazione elettrochimica che si instaura fra due elettrodi, il catodo, positivo, e l’anodo, negativo, immersi in un elettrolita che collega fra loro gli stessi elettrodi permettendo il passaggio degli ioni dall’uno all’altro. Durante la scarica si crea un flusso di elettroni che viaggia dall’anodo al catodo attraverso il circuito esterno producendo corrente elettrica utilizzabile. Allo stesso tempo e all’interno della batteria si crea un flusso di ioni che si muovono nell’elettrolita dall’anodo al catodo per mantenere l’equilibrio di carica. Durante la carica, il processo è inverso: una fonte di corrente esterna forza gli elettroni a fluire verso l’anodo, accumulando energia chimica che può essere utilizzata successivamente. Questo processo è reso possibile solo da specifici materiali che consentono il flusso di elettroni e ioni in maniera controllata e reversibile, come nel caso delle batterie ricaricabili.
Titolo: Batterie allo stato solido: cosa sono e come funzionano le “batterie del futuro”
Autore: Redazione
