Batteria a stato solido

La batteria a stato solido e una cella ricaricabile in cui l'elettrolita liquido tipico di una comune batteria agli ioni di litio viene rimpiazzato da un materiale solido. L'elettrolita e il mezzo attraverso cui gli ioni di litio si spostano fra i due elettrodi durante la carica e la scarica, e nelle batterie odierne si tratta di un liquido o di un gel infiammabile. Sostituirlo con un solido, che sia una ceramica, un vetro o un polimero speciale, viene considerato una delle strade piu promettenti verso la prossima generazione di batterie per auto elettriche, con la prospettiva di ottenere piu autonomia, ricariche piu veloci e maggiore sicurezza da un'unica modifica dell'architettura.

Il fascino del passaggio al solido dipende in parte da cio che fa l'elettrolita solido in se e in parte da cio che rende possibile. Un elettrolita solido non brucia, non perde e tollera molto meglio il calore: questo elimina la modalita di guasto piu pericolosa delle celle agli ioni di litio, la fuga termica, e riduce la necessita di ingombranti sistemi di raffreddamento e protezione. Soprattutto, un solido sufficientemente robusto puo fare da barriera contro le formazioni metalliche aghiformi, note come dendriti, che crescono all'interno delle celle e provocano cortocircuiti. Proprio quella barriera potrebbe finalmente consentire l'uso di un anodo in litio metallico puro al posto dell'attuale grafite, un cambiamento che concentra molta piu energia nel medesimo spazio.

Quella maggiore densita energetica e la promessa principale. Una cella che impiega un anodo in litio metallico dietro un elettrolita solido potrebbe immagazzinare nettamente piu energia a parita di peso e volume, traducendosi in auto elettriche con autonomia superiore oppure, al contrario, nella stessa autonomia ottenuta da un pacco batterie piu piccolo, leggero ed economico. Gli elettroliti solidi possono inoltre, in linea di principio, sopportare meglio dei liquidi le correnti elevate della ricarica ultrarapida, aprendo alla prospettiva di tempi di ricarica misurati in minuti anziche in decine di minuti, mentre il margine di sicurezza intrinseco permette ai progettisti di disporre le celle in modo piu compatto.

La difficolta sta nel trasformare queste promesse in qualcosa producibile in milioni di esemplari. Realizzare un elettrolita solido che conduca gli ioni di litio con la stessa facilita di un liquido, mantenendo al contempo un contatto perfetto con gli elettrodi che si dilatano e si contraggono a ogni ciclo di carica, si e rivelato estremamente arduo. Preservare quell'interfaccia intima per migliaia di cicli, sopprimere le dendriti in modo affidabile e fare tutto questo a un costo e a una scala adeguati ad auto accessibili sono sfide produttive formidabili. Di conseguenza la tecnologia resta in gran parte pre-produttiva, oggetto di ricerca intensa e di linee pilota ma non ancora di auto di grande serie, con tempistiche che sono slittate piu volte.

La batteria a stato solido va intesa come l'aspirante erede della batteria agli ioni di litio che alimenta oggi le auto elettriche, comprese le comuni chimiche NMC e LFP. Mentre queste descrivono i materiali degli elettrodi, l'etichetta stato solido descrive l'elettrolita posto tra di essi, e la ragione principale per cui questa tecnologia attira tanta attenzione e il suo potenziale di portare la capacita delle batterie ben oltre cio che consentono le chimiche attuali.