Samsung ha presentato una batteria a stato solido che combina un'elevata densità di energia (942 Wh/L) con una lunga durata del ciclo (1.000 cicli). Lo studio è stato pubblicato su una delle principali riviste scientifiche del mondo, Nature Energy.
Questa cella della batteria a sacchetto utilizza un elettrolita solido e un anodo metallico al litio (strato composito argento-carbonio), che lo differenzia dalle attuali batterie tradizionali che utilizzano elettroliti liquidi e anodi di grafite/silicio.
I più recenti progressi della tecnologia delle batterie sono stati raggiunti migliorando i catodi. È bello vedere finalmente alcuni solidi progressi fatti nei fronti dell'anodo e dell'elettrolita.
Vediamo il comunicato stampa.
Il 9 marzo a Londra, i ricercatori del Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) e del Samsung R&D Institute Japan (SRJ) hanno presentato uno studio sulle batterie allo stato solido ad alte prestazioni e di lunga durata a Nature Energy, una delle riviste scientifiche più importanti del mondo.
Rispetto alle batterie agli ioni di litio ampiamente utilizzate, che utilizzano elettroliti liquidi, le batterie allo stato solido supportano una maggiore densità di energia, che apre la porta a capacità maggiori, e utilizzano elettroliti solidi, che sono dimostrabilmente più sicuri. Tuttavia, gli anodi metallici al litio, utilizzati frequentemente nelle batterie allo stato solido, tendono a innescare la crescita di dendriti 1 che possono produrre effetti collaterali indesiderati che riducono la durata e la sicurezza di una batteria.
Per superare questi effetti, i ricercatori di Samsung hanno proposto di utilizzare, per la prima volta, uno strato composito argento-carbonio (Ag-C) come anodo. Il team ha scoperto che l'incorporazione di uno strato Ag-C in un prototipo di cella a sacchetto ha consentito alla batteria di supportare una capacità maggiore, una durata del ciclo più lunga e ha migliorato la sua sicurezza generale. Con uno spessore di soli 5 µm (micrometri), lo strato ultrasottile di nanocomposito Ag-C ha consentito al team di ridurre lo spessore dell'anodo e aumentare la densità di energia fino a 900 Wh/L. Ha inoltre consentito loro di realizzare il loro prototipo in volume di circa il 50% più piccolo rispetto a una batteria agli ioni di litio convenzionale.
Questa promettente ricerca dovrebbe aiutare a guidare l'espansione dei veicoli elettrici (EV). Il prototipo di cella a sacchetto sviluppato dal team consentirebbe a un veicolo elettrico di viaggiare fino a 800 km con una singola carica e presenta una durata del ciclo di oltre 1.000 ricariche.
Come ha spiegato Dongmin Im, Master presso il Next Generation Battery Lab di SAIT e leader del progetto, “Il prodotto di questo studio potrebbe essere una tecnologia seed per batterie del futuro più sicure e ad alte prestazioni. Andando avanti, continueremo a sviluppare e perfezionare materiali per batterie completamente allo stato solido e tecnologie di produzione per aiutare a portare l'innovazione delle batterie per veicoli elettrici a un livello superiore."
Lo studio completo ci fornisce maggiori dettagli rispetto al comunicato stampa.
In evidenza:
SoH (Stato di salute) viene utilizzato per misurare il mantenimento della capacità della batteria.
Con questo tipo di densità di energia volumetrica la BMW i3, che attualmente utilizza le celle della batteria NCM 622 di Samsung SDI, potrebbe ottenere una batteria da 89,9 kWh e un'autonomia WLTP di circa 660 km. Avrebbe ancora un'autonomia di 627 km dopo 386.100 km [(660 + 627) / 2 x 600] e 587 km dopo 623.700 km [(660 + 587,4) / 2 x 1.000].
Per questo studio Samsung ha utilizzato un catodo NCM, che è molto comune al giorno d'oggi. Tuttavia, gli elettroliti solidi e gli anodi metallici di litio possono anche essere combinati con catodi privi di cobalto, come LFMP o LiFePO4, come possiamo vedere in altri studi.
Infine, è anche un'ottima notizia che la tecnologia delle batterie a stato solido sembra essere più vicina alla produzione di quanto previsto nel 2016, come possiamo vedere dalla tabella di marcia delle celle della batteria di seguito.
Workshop sulla tecnologia del BMW Group –E-Mobility a dicembre 2016
Per come stanno andando le cose ora, sembra che in un futuro non molto lontano avremo batterie allo stato solido con anodi metallici al litio combinati con catodi densi ad alta energia (NCMA) e catodi senza cobalto (LFMP).
Puoi leggere l'articolo completo pubblicato su Nature Energy con il link Sci-Hub sbloccato di seguito.
