Un nuovo elettrodo al silicio potrebbe cambiare il futuro della mobilità elettrica, rendendo le batterie al litio più potenti, stabili e sostenibili. La scoperta è frutto di una ricerca pubblicata sulla rivista Nature Nanotechnology, coordinata dal dottor Xuekun Lu della Queen Mary University of London, con la partecipazione del professor Antonio Bertei del Dipartimento di Ingegneria Civile e Industriale dell’Università di Pisa.
“Questo risultato – spiega Bertei – apre la strada ad un utilizzo massiccio ed economicamente fattibile del silicio nelle batterie al litio, molto di più di quanto si faccia attualmente. In altre parole, si può aumentare la percentuale di silicio nelle batterie andando così ad aumentare significativamente l’autonomia dei veicoli elettrici, senza compromettere la durata della batteria stessa. La soluzione da noi proposta è affidabile ma è necessario portarla ad una scala industriale, con test di durata più estesi, prima di poter essere commercializzata”.
L’uso del silicio
Il cuore dell’innovazione è un anodo a doppio strato con un alto contenuto di silicio, capace di immagazzinare molta più energia rispetto agli anodi tradizionali in grafite. Finora, l’uso del silicio era stato limitato poiché il materiale tendeva a espandersi durante la ricarica, provocando una rapida degradazione. Il nuovo design supera questa criticità, mantenendo stabile la struttura interna e garantendo prestazioni costanti anche dopo numerosi cicli di carica e scarica.
“Il silicio può accumulare fino a dieci volte più energia della grafite, ma finora non era stato possibile utilizzarlo in modo stabile – continua il professore dell’ateneo pisano – Con questa architettura a doppio strato siamo riusciti a superare il limite principale, realizzando un elettrodo ad alte prestazioni e compatibile con i processi industriali”.
Lo studio
Lo studio, durato oltre due anni e mezzo, è stato sostenuto da enti di ricerca britannici come l’Engineering and Physical Sciences Research Council, la Faraday Institution e la Royal Academy of Engineering. L’Università di Pisa è l’unico partner italiano coinvolto nel progetto, insieme a centri di eccellenza internazionali come University College London, Università di Oxford, Manchester University, Imperial College London e la Beijing University of Technology.
Il contributo dell’Università di Pisa
Il gruppo pisano ha contribuito all’analisi dei dati elettrochimici e alla modellazione dei meccanismi di degradazione, fornendo un quadro teorico fondamentale per comprendere il comportamento del materiale durante la ricarica.
La ricerca prosegue la linea di lavoro portata avanti da Bertei insieme al collega Marco Lagnoni, con cui due anni fa aveva firmato uno studio, pubblicato su Nature Communications, dedicato alla ricarica rapida delle batterie al litio.
“I due risultati – conclude Bertei – affrontano da prospettive complementari i principali limiti delle auto elettriche: l’autonomia e i tempi di ricarica. Insieme, rappresentano un passo decisivo verso batterie più efficienti, durature e sostenibili”.