Cosa sono le batterie allo stato solido?
Le batterie allo stato solido rappresentano una delle tecnologie più interessanti nel settore delle batterie utilizzate per la mobilità elettrica, tanto che diversi autorevoli studiosi affermano che possono costituire una delle principali fonti di concreti usi nel prossimo futuro. Ma che cosa sono e come funzionano le batteria allo stato solido?
Ricordiamo innanzitutto come la batteria allo stato solido sia una batteria che utilizza un elettrolita solido al posto degli elettroliti liquidi che sono invece tradizionalmente utilizzati per la tecnologia litio ione.
Per poter apprezzare pienamente quali siano i passi in avanti che è possibile effettuare attraverso questo tipo di batterie così innovative, però, bisogna fare un passo indietro e comprendere quale sia il funzionamento standard delle batteria agli ioni di litio, che è la tecnologia utilizzata oggi largamente dai veicoli elettrici in circolazione.
Tecnicamente, nelle celle agli ioni di litio sono presenti due elettrodi (catodo, polo positivo, e anodo, polo negativo), un separatore centrale tra anodo e catodo, e un elettrolita, cioè il mezzo attraverso cui si muovono gli ioni, che contiene sale di litio.
Dunque, nelle batterie tradizionali il separatore non fa altro che isolare le parti ed è immerso totalmente nell’elettrolita liquido che bagna l’interno della cella, divenendo il mezzo con cui gli ioni di litio vengono trasportati tra catodo e anodo.
Di contro, nella cella allo stato solido abbiamo un catodo realizzato con gli stessi composti di una batteria agli ioni di litio, un separatore che svolge anche la funzione di elettrolita e un anodo composto da litio metallico. Insomma, il separatore svolge da solo sia le veci del separatore tra anodo e catodo, sia dell’elettrolita.
Quindi, nel momento di caricamento della cella le particelle di litio si spostano dal catodo per inserirsi tra il separatore e il contatto elettrico dell’anodo, formando uno strato di puro litio. L’anodo sarà dunque composto solo dalle particelle di litio, avendo un volume minore rispetto all’anodo della tecnologia litio ione.
Quali sono i vantaggi delle batterie allo stato solido
Le batterie allo stato solido hanno tra i principali benefici quelli di garantire una maggiore densità energetica, una lunga durata e una maggiore sicurezza, a fronte di dimensioni ridotte.
Per quanto concerne la sicurezza, giova rammentare come le batterie allo stato solido non abbiano un elettrolita liquido, che è più facilmente infiammabile, sostituito da uno strato di separatore più spesso e più affidabile.
A sua volta la maggiore sicurezza può abilitare un’altra importante miglioria come l’uso di un anodo puramente metallico, che favorisce un grande aumento della densità energetica grazie alla scomparsa dell’anodo in grafite.
Sempre secondo le attuali ricerche, inoltre, la batteria allo stato solido sarebbe in grado di ricaricarsi fino a 6 volte più velocemente delle attuali tecnologie in commercio, assicurando anche un processo produttivo più agevole e veloce, che utilizza meno materiale ed energia.
A fronte di tali benefici occorre tuttavia rammentare alcuni malus su cui i ricercatori stanno alacremente lavorando e la cui rimozione potrebbe fornire una decisa accelerata nell’adozione di questa tecnologia. In particolare, il problema principale delle celle allo stato solido è quello della stabilità, ovvero della necessità di tenere le celle allo stato solido fisse e compresse allo stesso tempo.
Ancora, si consideri che, essendo gli ioni materia, il separatore dovrà avere una composizione particolare per permettere il loro passaggio: gli elettrodi solidi diventano buoni conduttori, però, solamente a temperature superiori a 50 gradi mentre quando la batteria allo stato solido non è calda le sue prestazioni si riducono drasticamente.
Infine, ricordiamo come i cicli di vita delle batterie allo stato solido siano ancora bassi rispetto alle altre tecnologie e come il loro costo risulti molto alto, valutato che si tratta di una tecnologia altamente innovativa.