Ricerca fresca di stampa indica che il silicio nelle batterie è stato “domato”
I materiali microporosi dell’olandese E-magy avrebbero risolto il problema della dilatazione eccessiva dell’anodo a dominanza di silicio, aprendo la strada a maggior energia nelle batterie (in una ricerca ricca di nomi italiani)
L’ultima volta che ci eravamo occupati di E-magy era il 2020 e avevamo lasciato la startup fondata da Casper Peeters intenta a realizzare prototipi di celle con anodi formati al 63% di silicio. Ma gli olandesi non hanno affatto smesso di lavorare intensamente ai loro elettrodi negativi a dominanza di silicio in alternativa a quelli convenzionali in grafite e vogliono andare perfino oltre l’80%.
Nei giorni scorsi hanno svelato con un nuovo paper pubblicato dal Journal of The Electrochemical Society risultati importanti per assicurare il successo della loro tecnologia, che punta su un materiale che ha molte qualità, a cominciare dalla elevata capacità specifica teorica di 3.579 mAh g-1, sebbene proprio E-magy col suo materiale non superi per ora i 2.000 mAh g-1.
Lo sviluppo interessante di questa tecnologia, forse una svolta a tutto tondo, nasce in collaborazione con l’istituto ZSW (Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg) di Ulm rinforzato dal talento di due scienziati italiani, Fabio Maroni e Mario Marinaro, nella ricerca intitolata “Near-Zero Volume Expansion Nanoporous Silicon as Anode for Li-ion Batteries”.
Lo studio si è concentrato su un problema risaputo del silicio utilizzato negli anodi: la sua tendenza ad espandersi in modo sostanziale nelle fasi di carica e scarica della batteria, difetto che comporta un degrado strutturale che aveva finora determinato il suo impiego negli anodi solo in tracce, in mezzo alla dominante grafite.
Ma i ricercatori di ZSW e di E-magy (tra cui un altro italiano, Marco Spreafico) lavorando con i loro materiali nanoporosi abbinati a ben noti catodi convenzionali NMC622, adesso rendono pubblica una quasi completa soppressione del fenomeno della dilatazione dell’anodo, il che spianerebbe la strada a una popolarità commerciale rapida (rapido nella manifattura di batterie peraltro non significa mai poche settimane o pochi mesi, come sappiamo).
Con celle-campione in formato a bottone o pouch a due strati, la ricerca ha messo alla prova il materiale contraddistinto come E-magy 35-400 D2, che utilizza solo silicio come materiale attivo nell’anodo, per aumentare l’energia che può essere immagazzinata nelle batterie fino al 40%. Le misurazioni sono state effettuare con 100 cicli di carica e scarica per ogni esemplare sottoposto alle prove.
La morfologia delle particelle microporose ed organizzate in nanofili, ha agito come un cuscinetto in grado di attutire l’espansione del volume tipica di altri anodi in silicio finora studiati, limitando per la prima volta in un progetto in cui si fa ricorso a questo materiale l’espansione delle celle della batteria appena allo 0,9%.
Nella manifattura di celle, il settore considera accettabile una dilatazione complessiva delle celle che non superi il 10%, e in passato gli scienziati che hanno lavorato ad anodi in silicio hanno registrato espansione del volume della cella fino al 400%.
