La richiesta di batterie efficienti è in continua crescita, contestualmente si intensifica la ricerca di una alternativa alle costose batterie agli ioni di litio.
Le batterie agli ioni di litio sono attualmente lo standard del mercato perché non esiste un’alternativa efficiente ed economica.
Ora però è arrivata dal Rensselaer Polytechnic Institute (Troy, New York) la notizia che le batterie al potassio potrebbero essere una alternativa.
La ricerca che documenta la realizzazione di una batteria al potassio in cui è stato superato il problema principale è stata pubblicata su PNAS.
Le batterie agli ioni di litio hanno un elettrodo (il catodo) fatto di ossido di litio cobalto mentre l’altro elettrodo (l’anodo) è fatto di grafite.
Il problema che hanno dovuto risolvere l’autore principale dello studio, il professor Nikhil Koratkar, e i suoi collaboratori è quello dei dendriti.
Cosa sono i dendriti? Il termine è usato in ambito scientifico (biologia, metallurgia, geologia e probabilmente in altri ambiti) per indicare una struttura ramificata.
Nello specifico ci si riferisce ai depositi che si formano sull’anodo durante i cicli ripetuti di carico e scarico della batteria a causa della non uniforme deposizione del potassio, col tempo questi depositi diventano proprio come dei rametti che possono persino arrivare a perforare la membrana che impedisce agli elettrodi di toccarsi, contatto che manderebbe in corto circuito la batteria con l’eventualità poco piacevole che prenda fuoco.
La soluzione al problema ideata dal team, in cui oltre a Koratkar spiccano Prateek Hundekar un dottorando sempre del Rensselaer e Chunsheng Wang professore di ingegneria chimica e biomolecolare presso l’Università del Maryland, è un sistema di autoriparazione della batteria.
Alzando la temperatura della batteria in maniera controllata (agendo su tasso di carico e scarico) si raggiunge al suo interno una temperatura non tanto alta da sciogliere gli elettrodi ma abbastanza da attivare un processo di diffusione degli atomi che si depositano sulla superficie dell’anodo che si vanno a depositare ai lati della pila..
I ricercatori hanno realizzato entrambi gli elettrodi in potassio superando lo svantaggio di questo metallo che rispetto all’ossido di litio cobalto è più pesante e quindi ha meno densità energetica. Se si fosse sostituito solo il catodo e lasciato l’anodo di grafite le prestazioni sarebbero precipitate, ma il potassio è molto più economico del litio e quindi crepi l’avarizia possiamo farli entrambi di potassio. Per quel che riguarda i dendriti invece questo sistema di autoriparazione che avevano in precedenza sperimentato proprio su batterie tradizionali al litio, anche queste infatti presentano il problema anche se in maniera minore, è addirittura più efficiente perché richiede meno calore.
Questo sistema di autoriparazione se si arriverà alla fattibilità industriale richiederà che quando non si usa la batteria si metta in un dispositivo che attivi il ciclo di riparazione riscaldandola. Non siamo alla vigilia del lancio sul mercato delle batterie al potassio ma i ricercatori sono speranzosi visto che il problema dendriti è stato finora il maggiore ostacolo alla sostituzione del litio con metalli economici.
Roberto Todini