La diffusione delle automobili elettriche si scontra notoriamente con due problemi, entrambi legati alle batterie: l’autonomia e il tempo necessario per la ricarica, nemmeno lontanamente paragonabile a una tipica sosta in una stazione di servizio.
Mentre il primo problema si è nel corso degli ultimi anni via via mitigato (vetture seppur non ancora economicamente alla portata di tutti sono già in grado di superare i 500 km con una carica), un’interessante nuovo sistema per la ricarica delle normali batterie agli ioni di litio (Li-Ion) si dimostra in esperimenti di laboratorio in grado di diminuire drasticamente il tempo per la ricarica senza ridurre in modo altrettanto significativo la vita della batteria stessa. Il problema di fondo in effetti è questo: più veloce è la quantità di energia immessa per accelerare il processo di carica, più aumenta il processo di placcatura del litio che porta a una riduzione dell’efficienza e della capacità della batteria. L’ostacolo può venire aggirato tramite una ricarica lenta. In effetti questa modalità è suggerita da alcuni (pochi) produttori di smartphone come efficace sistema per allungare la vita utile del dispositivo e sarebbe in effetti consigliabile farne uso perlomeno quando si lascia il telefono in carica durante la notte e non viene usato.
Ma ciò che serve per la diffusione delle auto elettriche è proprio la rapidità, ed ecco la ricerca della Pennsylvania State University esposta in un articolo apparso il 30 ottobre su Joule che dimostra come la modulazione asimmetrica della temperatura, asymmetric temperature modulation (ATM), porti a un’efficiente extreme fast charging (XFC), carica estremamente veloce, preservando la struttura della batteria.
In sostanza si tratta di eseguire brevi cicli (circa dieci minuti) di carica a una temperatura di 60° C, mentre il processo di scarica avverrebbe a temperature decisamente inferiori (diverse modalità sono state simulate in laboratorio); l’alta temperatura mantenuta per breve tempo permette una miglior trasmissione dell’energia sul piano chimico e cinetico eliminando quasi del tutto il problema della placcatura del litio, contenendo nel contempo il deperimento della batteria.
Per l’ottimizzazione del processo si è inoltre ricorso a un preriscaldamento tramite l’inserimento di sottili fogli di nickel fra le celle, con un aumento del costo della batteria di appena lo 0,47%.
Il risultato: in dieci minuti si porta la batteria all’80% della capacità, garantendo una percorrenza di 200 miglia (320 km), mentre dopo 2500 cicli di ricarica la perdita di efficienza (la capacità di carica) è ancora inferiore al 10%.
In paragone, una batteria sottoposta a ricarica a 60° senza la modulazione delle temperatura ha mostrato una vita utile di soli 60 cicli.
L’aspetto fondamentale di questa ricerca è che tali risultati sono stati ottenuti tramite i materiali già attualmente in uso nelle batterie, con richiesta di modifiche davvero minime nella loro realizzazione.
[Foto: un accumulatore agli ioni di litio (credit: Claus Ableiter • CC BY-SA 4.0)]
Di Corrado Festa Bianchet
