Le batterie sono una componente essenziale dei nostri gadget moderni, e si prevede che la loro importanza crescerà quando saranno incorporate nei veicoli; ma la ricarica delle batterie non è tanto rapida quanto quella di alcuni dispositivi concorrenti, come i supercondensatori, ragion per cui le loro prestazioni tendono a diminuire in modo significativo con il tempo. Sono state molte, a questo proposito, le ricerche per trovare soluzioni che spingessero i limiti delle batterie al litio; tra di esse, c’è uno studio che utilizza un approccio ed una tecnologia completamente differenti rispetto ai precedenti e può funzionare sia con le batterie a nickel che con quelle al litio.

Come ridurre i tempi di ricarica delle batterie

Parlavano di una ricerca con un approccio diverso: gli autori, dell’Università dell’Illinois, non si sono focalizzati sulla velocità degli ioni di litio nella batteria, ma hanno tentato di ridurre la distanza che gli ioni devono percorrere prima di raggiungere l’elettrodo. Come loro stessi hanno fatto notare, il tempo necessario al trasferimento del litio aumenta per un valore pari al quadrato della distanza percorsa, quindi riuscire ad abbattere questo parametro porterebbe ad una significativa riduzione dei tempi di ricarica delle batterie. I ricercatori si sono quindi interessati alla creazione di un catodo attentamente strutturato. Il processo tramite il quale lo hanno realizzato è relativamente semplice e si adatta anche ad una produzione di massa. Partendo da palline di polistirolo, ne hanno regolato la dimensione (sono state usate sferette da 1,8µm e 466nm) e hanno potuto così gestire lo spazio necessario per raggiungere l’elettrodo. Una volta che le sfere sono state posizionate in un posto, su di loro è stato creato uno strato di opale, in modo da bloccarle. Successivamente, è stato elettrodepositato uno strato di nickel su quello di opale, che quindi è stato impresso. La porosità del nickel (la misura di uno spazio vuoto nella struttura) è stata incrementata utilizzando l’elettrolucidatura e raggiungendo una percentuale pari al 94%, appena più bassa del limite teorico di 96%. Gli autori sono rimasti con una reticella metallica quasi completamente vuota. E dentro questi vuoti è stato inserito il materiale per la ricarica della batteria, sia il NiMH (nickel metallo idruro) che il biossido di manganese trattato con il litio. Questa soluzione, secondo gli scienziati, ha portato a tra vantaggi: una rete in grado di attivare un rapido trasporto di ioni, una distanza ridotta per raggiungere gli elettrodi e un elettrodo con una elevata conduttività elettrica. In questo modo la batteria si comporta in modo simile ad un supercondensatore, per quanto riguarda le tempistiche di ricarica e scarica della batteria. Con la batteria NiMH, gli elettrodi possono raggiungere il 75% della normale capacità in 2,7 secondi e il 90% in 20 secondi appena; se il materiale per la ricarica è il litio, le prestazioni non sono allo stesso livello, benché siano comunque notevoli: il 75% della capacità viene raggiunto in 1 minuti, mentre il 90% in due minuti.

Sviluppi futuri

Questo lavoro rappresenta un’importante segnale verso un impiego delle batterie in molti campi, anche se per il momento sembra che questi numeri siano verosimili con batterie di piccole dimensioni, come quelle dei telefonini, mentre con quelle più grandi, come nel caso delle macchine elettriche, si incontrerebbero serie difficoltà. Però è un passo avanti.