Supercapacitori e batterie agli ioni di litio, se uniti, potrebbero originare una generazione di nuovi sistemi di accumulo assai più funzionali, potenti e competitivi. Naturalmente ciò riguarda da vicino i veicoli elettrici e gli ultimi risultati conseguiti dal College of Engineering della University of Illinois aprono le porte a prospettive molto interessanti, promettendo di colmare le attuali distanze fra le due tecnologie.
Il fulcro dello studio è la conducibilità termica, vale a dire la capacità di trasferire calore, di uno dei componenti più impiegati nella costruzione di catodi per batterie agli ioni di litio, il litio-ossido di cobalto (LiCoO2). Lo studio ha evidenziato le ricadute pratiche di questa capacità sulla resa degli accumulatori stessi, ergo, sulle prestazioni nell’impiego pratico.
Che tutti i materiali di cui può essere fatto un catodo (ossia il polo della batteria che attrae cariche positive) mutassero la propria capacità di trasferire calore a seconda dello stato di carica della batteria, era cosa già nota; tuttavia le scarse differenze rilevate fra conduttività minime e massime hanno sempre indotto i ricercatori a trascurare questo aspetto, precludendo sostanzialmente la comprensione di un fenomeno molto importante nel funzionamento di un accumulatore al litio.
La generazione e la dissipazione di calore durante la carica-scarica di una batteria costituiscono uno dei fattori critici principali per la durata e l’efficienza del dispositivo: va da sé, pertanto, che la capacità a meglio sopportare il calore sia strettamente connaturata al ciclo di vita di una batteria al litio.
Studiando il LiCoO2 gli ingegneri della University of Illinois si sono resi conto che le variazioni di conduttività sono tutt’altro che indifferenti. La termoriflettenza del materiale, inserito in un elettrodo rivestito in metallo ed immerso in un convenzionale liquido elettrolitico, ha svelato che il Litio-Ossido di Cobalto modula la propria capacità di condurre calore attraverso un ampio spettro.
Questo avviene sia in entrata che in uscita e senza la necessità di trovarsi in un ambiente ad alta pressione: la ricerca del College of Engineering non esclude però che altri materiali possano fare anche meglio, considerando pertanto come la vera scoperta il metodo di indagine più che i dati stessi.
Analizzare il comportamento durante le fasi di ricarica e scarica di una batteria agli ioni di litio dei materiali usati nei catodi permetterà di identificare quelli adatti a far fare il salto di qualità alla tecnologia attuale.
In cosa la piena comprensione dei fenomeni termici che avvengono all’interno di una batteria al litio ricaricabile aiuti nella pratica quotidiana è presto detto: nella velocità di ricarica, che può derivare da una diversa progettazione del dispositivo a seconda dei materiali scelti, nella potenza erogabile e nella sicurezza.
Cicli di ricarica più veloci sono sinonimo di variazioni di temperatura più alte e le proprietà dei materiali sono la chiave per trovare il giusto equilibrio fra prestazioni e margini di sicurezza.
Senza contare che le alte temperature sono fra le prime cause di deterioramento delle batterie agli ioni di litio.
Andrea Lombardo
Fonte: Engineering Illinois
