La nuova batteria senza cobalto riduce i costi ma non l’efficienza

Nichel al posto del cobalto: così un gruppo di scienziati in Texas riformula la chimica delle batterie ricaricabili al litio

batteria senza cobalto
Credits: University of Texas at Austin

La nuova era delle batterie senza cobalto

(Rinnovabili.it) – Per decenni gli scienziati hanno cercato un modo per realizzare una batteria senza cobalto da destinare ai dispositivi elettronici ricaricabili. L’attuale tecnologia a ioni di litio fa un uso abbondante di questo metallo, ma la sua scarsa disponibilità e i troppi casi di abusi dei diritti umani legati alla sua estrazione, ne fanno un prodotto costoso e insostenibile.

Trovare un’alternativa, tuttavia, non è semplice: finora gran parte dei tentativi in questa direzione si sono dimostrati fallimentari sotto il profilo delle prestazioni. A ribaltare la situazione potrebbero essere oggi alcuni ricercatori della Cockrell School of Engineering, presso l’Università del Texas. Il gruppo afferma, infatti, di aver messo a punto una batteria senza cobalto ma con ottime performance.

Il lavoro, pubblicato su Advanced Materials (testo in inglese), mostra la produzione una nuova classe di catodi, gli elettrodi in cui risiede tipicamente tutto il cobalto. Nel dettaglio, le tradizionali ricaricabili al litio usano combinazioni di ioni metallici, come nichel-manganese-cobalto (NMC) o nichel-cobalto-alluminio (NCA). Il team ha sostituito il metallo classico con un alto contenuto di nichel (89%), accompagnato in misura minore da manganese e alluminio.

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In generale, il nichel è in grado di aumentare la quantità di energia immagazzinata, ma una maggiore densità energetica porta sempre a compromessi, come ad esempio una durata di ciclo più breve. Non solo. L’eliminazione del cobalto di solito rallenta la risposta cinetica della batteria, abbassando la velocità con cui il catodo può essere caricato o scaricato. All’origine dei problemi vi è il comportamento degli ioni metallici che, senza cobalto, tendono ad accumularsi anziché distribuirsi uniformemente attraverso la struttura cristallina dell’elettrodo. 

I ricercatori hanno superato l’ostacolo trovando la combinazione ottimale dei metalli. Il risultato? Una batteria senza cobalto ma dalle buone prestazioni. “Il nostro obiettivo è quello di utilizzare solo metalli abbondanti e convenienti per sostituire il cobalto mantenendo le prestazioni e la sicurezza, e di sfruttare processi di sintesi industriale immediatamente scalabili”, ha affermato Wangda Li, uno degli autori dello studio. “Stiamo aumentando la densità di energia e riducendo i costi senza sacrificare la durata del ciclo”, ha aggiunto il professore Arumugam Manthiram. “Ciò significa un’autonomia di guida maggiore per i veicoli elettrici e una migliore durata della batteria per laptop e telefoni cellulari”.

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