Rendere una batteria “difettosa” può aumentarne l’efficienza

Inserire delle deviazioni può rendere il traffico più veloce rispetto a un percorso diretto e lineare.
Sembra un’affermazione controintuitiva, ma potrebbe condurre a importanti migliorie nella progettazione e nella gestione delle batterie.
Introdurre “difetti” lungo la struttura a reticolo cristallino delle batterie basate sul litio-ferro-fosfato agevola lo scorrimento degli ioni all’interno di questo genere di accumulatori.
Ma cosa accade, esattamente?
In una struttura reticolare che si vorrebbe perfettamente ordinata, che si tratti di una lega o un composto come le materie plastiche, capita che un atomo vada ad occupare una posizione non sua: per esempio in una batteria un atomo di ferro finisce col trovarsi al posto di un atomo di litio. Siamo in questo caso di fronte a un difetto cristallino, detto anche reticolare o più specificamente antisito quando si verifica all’interno di un semiconduttore, come nel caso della struttura delle batterie.
Appunto, un difetto. Che ci sforza di eliminare in modo da ottenere un materiale il più puro possibile.
Uno studio effettuato presso il dipartimento di scienze dei materiali della Rice University (Texas) ci dice che certi difetti potrebbero invece rivelarsi oltremodo utili.
Quando si ricarica una batteria, gli ioni di litio fluiscono fino a collocarsi all’interno degli strati di litio-ferro-fosfato, ma per via di un fenomeno noto come confini di fase lo fanno instradandosi lungo vie molto ristrette intorno a questi confini, ovvero un’area assai ridotta rispetto al totale teoricamente disponibile; i ricercatori si sono resi conto che la presenza di “difetti” costituiti da atomi estranei induce il litio a fluire più uniformemente lungo la struttura del catodo, aumentando di molto questi “confini” e riducendo i tempi necessari per la ricarica della batteria. Applicare una sorta di tempratura al materiale usato per il catodo, ovvero riscaldarlo senza bruciarlo (tecnica ampiamente in uso per fortificare l’acciaio, il vetro, la ceramica) potrebbe costituire un modo per controllare la concentrazione di questi difetti, il cui un opportuno sfruttamento potrebbe inoltre consentire l’uso di particelle più grandi nella realizzazione del catodo, con conseguente aumento della densità di energia (cioè, maggiore quantità nello stesso spazio) e riduzione del processo di degradazione del catodo stesso (alla batteria sarebbe quindi garantita vita più lunga). E il modello teorico prevede la possibilità di affinare ulteriormente le prestazioni in base alla forma delle particelle usate per creare le “deviazioni”.
Ciò che si riteneva un difetto di cui liberarsi potrebbe quindi essere convertito in un vantaggio in grado di rendere persino più semplici ed economiche le batterie, oltre a incrementare le prestazioni, ritengono i ricercatori, dell’ordine del centinaio di volte rispetto a quelle oggi comunemente in uso.

Di Corrado Festa Bianchet


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