Correggi questo nome: Maria Helena Braga. Dietro questo nome così tipicamente portoghese, troviamo una ricercatrice della Facoltà di Ingegneria dell'Università di Porto che, grazie al suo lavoro, potrebbe aver contribuito al definitivo avanzamento della tecnologia delle batterie agli ioni di litio.
Il suo contributo ruota attorno alla scoperta del vetro elettrolitico, e potrebbe dar vita a una nuova generazione di batterie – allo stato solido –, che saranno più sicure, più ecologiche, economiche e potranno avere una capacità fino a 3 volte maggiore. Per capire perché tutto questo entusiasmo, è una buona idea conoscere le batterie agli ioni di litio (Li-ion).
Le batterie agli ioni di litio sono le più comuni oggi. Hanno molti vantaggi rispetto ad altri tipi di batterie, ma hanno anche i loro limiti.
Li possiamo trovare su smartphone, veicoli elettrici e altri dispositivi elettronici. Per fornire l'energia necessaria, utilizzano un elettrolita liquido per trasportare gli ioni di litio tra l'anodo (lato negativo della batteria) e il catodo (lato positivo).
Questo liquido è al centro della questione. La carica o scarica rapida delle batterie al litio può portare alla formazione di dendriti, che sono filamenti di litio (conduttori). Questi filamenti possono causare cortocircuiti interni che possono causare incendi e persino esplosioni.
La scoperta di Maria Helena Braga
La sostituzione dell'elettrolita liquido con un elettrolita solido previene la formazione di dendriti. È stato proprio un elettrolita solido che Maria Helena Braga ha scoperto, insieme a Jorge Ferreira, quando lavoravano al Laboratorio Nazionale di Energia e Geologia.
L'innovazione prevede l'utilizzo di un elettrolita di vetro solido, che consente l'utilizzo di un anodo costruito in metalli alcalini (litio, solido o potassio). Qualcosa che non era possibile fino ad ora. L'uso di un elettrolita vetroso ha aperto un mondo di possibilità, come l'aumento della densità di energia del catodo e il prolungamento del ciclo di vita della batteria.
La scoperta è stata pubblicata in un articolo nel 2014 e ha catturato l'attenzione della comunità scientifica. Community che include John Goodenough, il “padre” delle odierne batterie al litio. 37 anni fa ha co-inventato il progresso tecnologico che ha permesso alle batterie agli ioni di litio di diventare commercialmente redditizie. Professore all'Università del Texas, il 94enne non ha potuto contenere il suo entusiasmo per la scoperta del ricercatore portoghese.
Non ci volle molto perché Maria Helena Braga si recasse negli Stati Uniti per dimostrare a John Goodenough che il suo elettrolita vitreo poteva condurre ioni alla stessa velocità di un elettrolita liquido. Da allora, entrambi hanno collaborato alla ricerca e allo sviluppo di batterie a stato solido. Questa collaborazione ha già generato una nuova versione dell'elettrolita.
L'intervento di Goodenough nella cooperazione e nello sviluppo della batteria allo stato solido è stato determinante nel dare la necessaria credibilità a questa scoperta.
Vantaggi della batteria a stato solido
I vantaggi sono promettenti:- aumento della tensione che consentirà una maggiore densità di energia per lo stesso volume - consente una batteria più compatta
- consente un caricamento rapido senza produzione di dendriti - oltre 1200 cicli
- più cicli di carica/scarica che consentono una maggiore durata della batteria
- consente di operare in un intervallo di temperatura più ampio senza degradazione: le prime batterie possono funzionare a -60º Celsius
- costo potenzialmente inferiore grazie all'utilizzo di materiali come il sodio al posto del litio
Un altro dei grandi vantaggi è che le celle possono essere costruite con materiali ecocompatibili, come il suddetto sodio, che può essere estratto dall'acqua di mare. E anche la loro riciclabilità non è un problema. L'unico aspetto negativo, se così si può chiamare, è che il montaggio di queste batterie solide richiede un ambiente asciutto e preferibilmente privo di ossigeno.
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Maria Helena Braga afferma che esistono già batterie allo stato solido: pile a bottone oa bottone, pile a forma di moneta che vengono utilizzate, ad esempio, in alcuni orologi. In laboratorio sono state testate anche batterie di altre dimensioni.
Quando arriverà questo tipo di batteria in un'auto?
Secondo Maria Helena Braga, ora dipenderà dall'industria. Questo ricercatore e Goodenough hanno già dimostrato la validità del concetto. Lo sviluppo dovrà essere fatto da altri. In altre parole, non sarà domani o l'anno prossimo.
Passare da questi progressi di laboratorio a prodotti commerciali è una sfida considerevole. Potrebbero volerci altri 15 anni prima di vedere questo nuovo tipo di batteria applicato ai veicoli elettrici.
Fondamentalmente, è necessario trovare processi industriali scalabili ed economici che permettano l'industrializzazione e la commercializzazione di questo nuovo tipo di batterie. Un altro motivo è legato ai grandi investimenti già fatti nell'avanzamento delle batterie al litio da parte dei più diversi enti. L'esempio più popolare sarà la Gigafactory di Tesla.
In altre parole, nei prossimi 10 anni dovremmo continuare a vedere l'evoluzione delle batterie al litio. La loro densità energetica dovrebbe aumentare di circa il 50% e il loro costo dovrebbe diminuire del 50%. Non ci si può aspettare un rapido passaggio dell'industria automobilistica alle batterie allo stato solido.
Gli investimenti sono diretti anche verso altri tipi di batterie, con diverse reazioni chimiche, che possono raggiungere una densità energetica fino a 20 volte superiore rispetto a una batteria agli ioni di litio attuale. Non solo è superiore alle tre volte più raggiunte dalle batterie solide, ma, secondo alcuni, potrebbe arrivare sul mercato prima di queste.
Ad ogni modo, lo scenario futuro sembra promettente per il veicolo elettrico. Questo tipo di anticipo è ciò che dovrebbe finalmente consentire livelli di competitività equivalenti a veicoli con motore a combustione interna. Anche così, con tutti questi progressi, come questa scoperta di Maria Helena Braga, potrebbero volerci altri 50 anni prima che i veicoli elettrici raggiungano una quota del 70-80% del mercato globale.