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Batterie agli ioni di litio poco durature? Ecco perché

I ricercatori del Dipartimento Energia degli Stati Uniti sostengono di aver individuato almeno una delle cause che determinano nel tempo il decadimento delle prestazioni delle batterie agli ioni di litio. Tutti noi, prima o poi, abbiamo infatti dovuto fare i conti con la batteria del tablet, dello smartphone o del notebook che, dopo qualche anno di ricariche continue, inizia a non garantirci più l'autonomia dei primi giorni. Nel tempo infatti gli elettrodi perdono progressivamente la capacità di ricevere e liberare ioni, un fenomeno normale in qualsiasi batteria ma che in quelle agli ioni di litio è particolarmente veloce ed accentuato, tanto che esse hanno una durata di conservazione fissa, indipendente dall'uso, solitamente indicata come shelf life.

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Perdita media della capacità di carica in funzione del tempo durante il ciclo di invecchiamento

Lo studio svolto dai ricercatori statunitensi dunque ha cercato di dare una risposta proprio a questo fenomeno, i cui meccanismi erano ancora poco noti, fornendo una risposta più circostanziata: la responsabilità sarebbe di un metallo specifico, il manganese.  Secondo quanto emerso il materiale utilizzato per realizzare il catodo tende spesso a rompersi, liberando ioni metallici, soprattutto di manganese, i quali si spostano poi verso l'anodo.

‎Una volta vicini ad esso, questi ioni metallici interagiscono con una regione della batteria nota come interfase solido-elettrolita, a causa delle reazioni tra l'anodo altamente reattivo e l'elettrolita liquido che trasporta gli ioni di litio avanti e indietro. Per ogni molecola di elettrolita che reagisce e si decompone in un processo chiamato riduzione, uno ione di litio resta intrappolato nell'interfase. Man mano che tale quantità aumenta, diminuisce la capacità della batteria.

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‎Alcune molecole in questa interfase sono ridotte in modo incompleto e possono quindi accettare più elettroni, catturando quindi più di uno ione di litio alla volta. A innescare tale processo sarebbero proprio gli ioni di manganese, ottimi catalizzatori di questo tipo di reazioni.‎

‎"C'è una stretta correlazione tra la quantità di manganese che migra verso l'anodo e la quantità di litio che viene intrappolata," ha spiegato Daniel Abraham, scienziato dell'Argonne National Laboratory e co autore dello studio. "Ora che conosciamo i meccanismi dietro l'intrappolamento degli ioni di litio e la conseguente progressiva perdita di capacità della batteria, potremo trovare dei metodi per risolvere il problema."‎