Un recente studio ha portato alla luce un metodo innovativo per migliorare significativamente le prestazioni delle batterie agli ioni di litio. I ricercatori dello SLAC-Stanford Battery Center hanno scoperto che applicare una carica ad alta corrente alle batterie appena prima che escano dalla fabbrica non solo accelera il processo di caricamento di 30 volte, ma può anche prolungare la vita utile delle batterie del 50%.
La prima carica di una batteria agli ioni di litio è cruciale per determinare la sua efficienza e durata nel tempo, influenzando il numero di cicli di carica e scarica che la batteria può sopportare prima di deteriorarsi. In uno studio pubblicato sulla rivista Joule, gli scienziati hanno dimostrato che sottoporre le batterie a una prima carica con correnti insolitamente elevate ha permesso di aumentare la loro durata media del 50%, riducendo al contempo il tempo necessario per la carica iniziale da 10 ore a soli 20 minuti.
Un aspetto altrettanto significativo dello studio è stato l’impiego dell’apprendimento automatico scientifico per identificare i cambiamenti specifici negli elettrodi che contribuiscono all’aumento delle prestazioni e della durata. Questi dati sono di grande valore per i produttori di batterie, poiché consentono di ottimizzare i processi produttivi e migliorare i prodotti finali.
Il team di ricerca, guidato dal professor Will Chueh, ha collaborato con il Toyota Research Institute (TRI), il Massachusetts Institute of Technology e la University of Washington. Questo studio rappresenta parte degli sforzi del SLAC per promuovere la sostenibilità energetica e reimmaginare il futuro dell’energia attraverso collaborazioni con l’industria.
Chueh ha sottolineato l’importanza della collaborazione tra istituti di ricerca e industria, affermando: “Stiamo affrontando una sfida reale che l’industria deve risolvere, e questa collaborazione è stata fondamentale fin dall’inizio“. Questo studio è uno degli ultimi frutti di una serie di ricerche finanziate dal TRI nell’ambito di un accordo di ricerca cooperativa con lo SLAC National Accelerator Laboratory del Dipartimento dell’Energia.
I risultati della ricerca non sono rilevanti solo per la produzione di batterie per veicoli elettrici e reti elettriche, ma potrebbero avere implicazioni importanti anche per altre tecnologie. Steven Torrisi, ricercatore senior presso il TRI e collaboratore dello studio, ha dichiarato che i risultati “dimostrano un approccio generalizzabile per comprendere e ottimizzare questo passaggio cruciale nella produzione di batterie“.
Per analizzare il processo della prima carica, il team di Chueh ha costruito celle a sacchetto, dove gli elettrodi positivo e negativo sono immersi in una soluzione elettrolitica che consente il movimento degli ioni di litio. Durante la carica, gli ioni di litio si accumulano nell’elettrodo negativo per essere successivamente utilizzati per alimentare dispositivi, come auto elettriche e reti elettriche.
La scoperta che una carica iniziale ad alte correnti non solo non degrada le prestazioni, ma anzi migliora la durata della batteria, ha sorpreso i ricercatori. Questo processo ottimizza la formazione dello strato SEI (interfase elettrolitica solida), che protegge l’elettrodo negativo da reazioni dannose che potrebbero accelerare il degrado della batteria.
I ricercatori hanno utilizzato tecniche di apprendimento automatico per identificare che la temperatura e la corrente di carica sono i fattori chiave per la formazione efficace del SEI. Questa scoperta ha permesso di ridurre significativamente il tempo necessario per la prima carica, con benefici sostanziali per la produzione di batterie.
L’ottimizzazione del processo di formazione SEI è cruciale per ottenere batterie che durino più a lungo e siano più efficienti, un obiettivo fondamentale per migliorare sia le prestazioni delle batterie sia l’efficienza della loro produzione.
