Batterie agli ioni di litio: riscaldarle tantissimo può ripristinare la capacità perduta

Un team di ricercatori del Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE), parte dell'Accademia Cinese delle Scienze, ha annunciato una scoperta che potrebbe rivoluzionare la gestione delle batterie al litio esauste. Lo studio è stato pubblicato su Nature.

In collaborazione con l'Università di Chicago e altri istituti, gli scienziati hanno sviluppato materiali a espansione termica zero (Zero Thermal Expansion, ZTE), capaci di recuperare quasi completamente la tensione originale di batterie al litio usurate, restituendo loro prestazioni simili a quelle di fabbrica.

Lo studio affronta un problema cruciale dell'elettrochimica moderna: la perdita di capacità delle batterie agli ioni di litio (Li-Ion), utilizzate massicciamente nei veicoli elettrici e smartphone, solo per fare due esempi.

Durante i cicli di carica e scarica, queste batterie subiscono cambiamenti strutturali interni che ne riducono progressivamente l'efficienza. Inoltre, fenomeni come l'espansione termica possono deformare visibilmente le celle e compromettere ulteriormente le prestazioni.

Il riciclo delle batterie Li-Ion è tecnicamente possibile, ma rimane economicamente e logisticamente complesso. Una rigenerazione semplice ed efficace potrebbe quindi rappresentare un'alternativa strategica.

Il team guidato dal professor Liu Zhaoping ha scoperto che riscaldando le batterie tra i 150 °C e i 250 °C si verifica un fenomeno inaspettato di "espansione termica negativa" (Negative Thermal Expansion, NTE), che porta le strutture interne delle celle a contrarsi invece che espandersi. Questo processo, descritto come "contrario alle aspettative termodinamiche convenzionali", consente una transizione da uno stato disordinato a uno ordinato del reticolo cristallino del materiale catodico, ripristinando la capacità persa.

La chiave del successo risiede nell'ossidoriduzione dell'ossigeno (Oxygen-Redox, OR), una reazione elettrochimica che permette alle batterie ricche di litio di raggiungere capacità specifiche superiori a 300 mAh/g. Tuttavia, tale reazione genera instabilità strutturale e decadimento della tensione. Il gruppo di ricerca ha trattato il disordine strutturale non come un difetto, ma come un parametro regolabile. Attraverso impulsi di tensione fino a 4 V, è stato possibile ricostruire il reticolo e ottenere un recupero di tensione prossimo al 100%.

L'uso di materiali ZTE offre una doppia prospettiva: da un lato la possibilità di raddoppiare la durata delle batterie grazie a sistemi di ricarica "intelligenti" in grado di invertire l'invecchiamento chimico in situ; dall'altro, l'apertura di nuovi orizzonti per dispositivi ad alte prestazioni dotati di funzionalità autorigeneranti.

Nonostante non siano ancora disponibili tempistiche concrete per l'industrializzazione, i ricercatori vedono nel loro approccio il potenziale per "rendere vecchi veicoli elettrici come nuovi" e per sviluppare una nuova generazione di dispositivi elettronici più durevoli, sicuri e sostenibili.