Mobilità elettrica: scoperto il segreto per ricariche più veloci e batterie più longeve

Ancora pochi anni e le auto elettriche potrebbero colmare quello che oggi è il principale divario competitivo che le separa dai veicoli a combustione: la velocità di rifornimento. A dare l’annuncio sono Antonio Bertei e Marco Lagnoni, rispettivamente professore associato e ricercatore in Ingegneria Chimica al Dipartimento di Ingegneria Civile e Industriale all’Università di Pisa, autori, assieme ai colleghi di altre otto prestigiose realtà internazionali, di uno studio pubblicato in questi giorni su Nature Communications.

"La capacità di ricarica rapida, l'autonomia e la sicurezza delle batterie agli ioni di litio sono oggi i fattori che maggiormente influenzano una più ampia diffusione sul mercato dei veicoli elettrici, ma grazie ai risultati ottenuti dal nostro studio questi limiti potrebbero essere superati entro i prossimi anni – spiega il professor Antonio Bertei – Le indagini compiute ci hanno permesso di quantificare in modo definitivo i meccanismi che aggravano l'invecchiamento durante la ricarica rapida delle batterie al litio che utilizzano elettrodi in grafite”.

Nello specifico, il gruppo di ricerca di cui Bertei e Lagnoni sono gli unici partner italiani, ha dimostrato che il processo di ricarica rapida, così come è concepito oggi, può causare una deposizione di litio metallico sulla superficie dell'anodo di grafite (l’elettrodo negativo). Questo fenomeno, se non opportunamente considerato, può portare alla perdita irreversibile di litio, limitando le prestazioni energetiche e compromettendo la sicurezza delle batterie.

Ma la cosa più importante è che i ricercatori hanno confermato che tale fenomeno di ‘placcatura al litio’ è in parte reversibile, delineandone con precisione la dinamica del suo riassorbimento e come integrarla nel funzionamento complessivo della batteria. Un risultato, questo, ottenuto proprio grazie al contributo dell’Università di Pisa, che ha sviluppato modelli fisico-matematici avanzati a supporto ed integrazione di analisi sperimentali all’avanguardia.

“Il modello computazionale che abbiamo messo a punto per questo studio ha permesso di osservare ‘in diretta’ il processo di ‘placcatura al litio’ della grafite e di dimostrare che questo può essere riassorbito dall’elettrodo, rallentando così l’invecchiamento delle batterie – aggiunge Marco Lagnoni – È sufficiente inserire delle pause a determinati livelli di ricarica. Tanto che, con i colleghi, abbiamo coniato il motto ‘aspettare per essere più veloci’, per descrivere l’impostazione che dovrà informare lo sviluppo dei protocolli avanzati di ricarica rapida del futuro concepiti per le batterie automobilistiche di prossima generazione”.

Un risultato, quello ottenuto dallo studio pubblicato su Nature Communications col titolo Multiscale dynamics of charging and plating in graphite electrodes coupling operando microscopy and phase-field modelling destinato a segnare il futuro della mobilità elettrica e che ha visto impegnati, oltre all’Università di Pisa, anche altre otto prestigiose realtà internazionali: University College London (UK), Queen Mary University (UK), Massachusetts Institute of Technology (USA), University of Oxford (UK), Harwell Science and Innovation Campus (UK), University of Birmingham (UK), National Renewable Energy Laboratory di Denver (USA) e Beijing University of Technology (CN).

Nelle immagini:

• I ricercatori dell’Università di Pisa coinvolti nello studio pubblicato su Nature Communications (da destra a sinistra) il Prof. Antonio Bertei e il Ricercatore Marco Lagnoni.
• Foto Elettrodo 1: Elettrodo di grafite durante la carica visualizzato al microscopio ottico. Nell'immagine si notano le particelle di grafite, mentre i diversi colori, dal dorato al rosso, indicano le diverse fasi della grafite. Le frecce rosse indicano la placcatura al litio, fenomeno degradativo la quale dinamica è stata analizzata nello studio.
• Foto Elettrodo 2: Elettrodo di grafite durante la carica visualizzato al microscopio ottico. Nell'immagine si notato le particelle di grafite, mentre i diversi colori dal dorato, al rosso, al grigio scuro, indicano le diverse fasi della grafite.