Le batterie allo stato solido hanno un problema che le perseguita da anni, e finalmente qualcuno ha capito da dove nasce. Un gruppo di ricercatori del MIT e della Technical University of Munich ha individuato il meccanismo esatto che porta alla formazione dei dendriti, quelle strutture di litio metallico che crescono dentro la cella fino a mandarla in cortocircuito. Un problema tutt’altro che banale, perché è proprio questo il muro che frena la diffusione su larga scala di una tecnologia considerata il futuro dell’accumulo di energia.
Dove nasce davvero il difetto
Lo studio, pubblicato su Nature Nanotechnology, punta il dito su una zona ben precisa. Il difetto si origina nei confini tra i minuscoli cristalli che compongono l’elettrolita solido, aree chiamate bordi di grano. Sono punti particolari, con proprietà elettriche diverse rispetto al resto del materiale, e qui succede qualcosa di interessante.
Analizzando l’LLZO, un elettrolita a base di litio, lantanio e zirconio, il gruppo ha misurato in quei confini un accumulo locale di cariche, con un potenziale di meno 0,15 volt a 20 gradi. Uno squilibrio che complica la vita agli ioni di litio, rendendo più difficile il loro passaggio. Al contrario, gli elettroni ci sguazzano: la loro conduzione nei bordi di grano risulta 30 volte più alta rispetto all’interno dei cristalli. Ed è proprio qui il nocciolo della questione. Dove gli elettroni si concentrano, il litio metallico comincia a depositarsi dentro l’elettrolita, ancora prima che si arrivi al cortocircuito vero e proprio. In pratica il seme del guasto viene piantato molto prima di quanto si pensasse.
La correzione passa dalla produzione
La buona notizia è che una soluzione esiste, e non richiede di stravolgere tutto. La correzione passa dalla lavorazione del materiale. Modificando le condizioni di produzione, in particolare l’attività dell’ossigeno e il dosaggio dei droganti, i ricercatori sono riusciti a ridurre quell’accumulo di cariche che manda in tilt la cella. I numeri parlano chiaro. Il risultato è stato un aumento di oltre il 300% della densità di corrente critica, ovvero la soglia oltre la quale la cella si guasta. Tradotto in termini più concreti, significa poter avere batterie che sopportano correnti molto più alte prima di cedere.
In prospettiva tutto questo apre la porta a batterie che si caricano più in fretta e reggono più cicli prima di arrivare al guasto. Non siamo ancora davanti a una soluzione pronta per il mercato, va detto con onestà. Ma la strada indicata è decisamente più precisa, e permette di progettare elettroliti solidi meno fragili e più affidabili.