Con uno sviluppo innovativo, i ricercatori della John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) dell'Università di Harvard hanno presentato una straordinaria batteria allo stato solido che vanta un tempo di ricarica di soli 10 minuti. Questa batteria al litio-metallo mostra anche una durata impressionante, con la capacità di sottoporsi ad almeno 6.000 cicli di carica e scarica - un'impresa che supera tutte le altre batterie a sacchetto attualmente disponibili.
Pubblicata su Nature Materials, la ricerca delinea un nuovo approccio alla realizzazione di batterie allo stato solido, incorporando un anodo litio metallico. Secondo Xin Li, professore associato di Scienza dei materiali presso il SEAS e autore senior dell'articolo:
"Le batterie con anodi di litio metallico sono considerate il Santo Graal delle batterie perché hanno una capacità dieci volte superiore a quella degli anodi di grafite commerciali e potrebbero aumentare drasticamente la distanza di guida dei veicoli elettrici.
La nostra ricerca è un passo importante verso batterie allo stato solido più pratiche per applicazioni industriali e commerciali".
La sfida principale nella progettazione di batterie allo stato solido risiede nella formazione di dendriti sulla superficie dell'anodo - spuntoni di metallo che possono perforare la barriera tra anodo e catodo, causando cortocircuiti o, in casi estremi, incendi. Il progetto di batteria multistrato 2021 del team si è rivelato promettente, ma i dendriti non sono stati completamente eliminati.
L'ultima scoperta impiega particelle di silicio di dimensioni micrometriche nell'anodo, impedendo la formazione di dendriti, limitando la reazione di litizzazione e consentendo la placcatura omogenea di uno spesso strato di litio metallico. Quando gli ioni di litio si muovono durante la carica, si attaccano alla superficie della particella di silicio senza penetrare ulteriormente.
Questo design innovativo consente un tempo di ricarica rapido di circa 10 minuti, grazie alla placcatura e allo stripping rapido su una superficie uniforme. I ricercatori hanno testato una versione di batteria a sacchetto delle dimensioni di un francobollo, da 10 a 20 volte più grande delle celle a moneta standard. In modo impressionante, la batteria allo stato solido ha mantenuto l'80% della sua capacità dopo 6.000 cicli, superando le prestazioni di altre batterie a sacchetto attualmente sul mercato.
L'Ufficio per lo Sviluppo Tecnologico di Harvard ha concesso in licenza questa tecnologia innovativa ad Adden Energy, una società spinoff di Harvard co-fondata da Xin Li e da tre alumni di Harvard. Adden Energy è riuscita a scalare la tecnologia per produrre una batteria a sacchetto delle dimensioni di uno smartphone, segnando un passo significativo verso l'integrazione pratica di questa straordinaria tecnologia di batteria allo stato solido.