EON_635

EON EWS n . 635 - NOVEMBRE 2019 3 T ERZA P AGINA stati gli americani M. Stanley Whittingham (attualmente all’Università di Binghamton, New York) e John B. Goode- nough (Università del Texas - Austin), e il giapponese Akira Yoshino (Università di Meijo). Dal petrolio... Le ricerche che hanno portato alle prime batterie al litio risal- gono alla crisi petrolifera dei primi anni settanta del secolo scorso: per far fronte a quello che all’epoca si riteneva un im- minente esaurimento dei giaci- menti mondiali e all’impennata dei prezzi causata dall’embar- go delle esportazioni di greg- gio attuato nel 1973 dai Pa- esi dell’OPEC, la compagnia petrolifera Exxon si preparò a diversificare le proprie attività con robusti investimenti nella ricerca di tecnologie di trazio- ne alternative al petrolio. Tra i ricercatori assunti per occu- parsi delle batterie per trazione elettrica, Stanley Whittingham portava con sé dall’Universi- tà di Stanford un bagaglio di tecniche di intercalazione per l’inserimento di ioni nel mate- riale stratificato degli elettrodi. Utilizzando prima il disolfuro di tantalio e poi il più leggero I n un mondo costantemente on-line dove sono sempre più numerose le applicazioni sen- za fili, è impossibile sottovalu- tare l’importanza delle batterie ricaricabili. Dagli smartphone ai computer laptop, passando per tablet, videocamere, radio, ricevitori GPS e smartwatch, l’informatica in mobilità sareb- be assai meno pratica senza batterie ad alta capacità ed elevata densità di energia. Da quando sono diventate main- stream, le leggere e capaci batterie a ioni di litio hanno rivoluzionato il mondo dell’e- lettronica consumer e degli elettroutensili di potenza, ar- rivando ad estendere le pro- prie ramificazioni nei settori automotive e delle energie alternative. È per le prospet- tive che sono state aperte su un mondo sempre connesso e progressivamente meno dipendente dai combustibili fossili che quest’anno la Re- ale Accademia delle Scienze svedese ha conferito il pre- mio Nobel per la chimica a tre pionieri della tecnologia a ioni di litio. A condividere in egual misura onori e premio sono disolfuro di titanio, Wittingham mise a punto batterie con ano- do di litio metallico e catodo nella forma di Li x TiS 2 . L’eleva- ta reattività del litio metallico e la predisposizione al corto- circuito interno (con conse- guente esplosione) di queste batterie portò all’introduzione di uno strato “barriera” che ar- restasse la propagazione di filamenti conduttivi tra anodo e catodo; nel 1976 le batterie al litio divennero sufficiente- mente sicure da poter essere prodotte su piccola scala. L’e- voluzione successiva si ebbe nel 1980 per mano di John Goodenough, all’epoca ricer- catore “in prestito” all’Univer- sità di Oxford, che scoprì che sostituendo il catodo in disol- furo di titanio con un calcoge- nuro metallico intercalato con litio era possibile raddoppiare il potenziale di cella. Utilizzan- do il diossido di cobalto nella forma Li x CoO 2 , il gruppo di ri- cerca di Oxford mise a punto batterie con una f.e.m. di circa quattro volt e la possibilità di essere caricate dopo essere state assemblate. ...al coke di petrolio Un ulteriore decisivo passo avanti venne fatto in Giappo- ne, dove l’industria elettroni- ca incentrata sulla miniatu- rizzazione era alla disperata ricerca di batterie ad alta ca- pacità in grado di alimenta- re la nuova generazione di dispositivi portatili. Nel 1985 Akira Yoshino, ricercatore dell’Asahi Kasei Corporation, risolse il problema della de- gradazione della grafite, che era stata proposta già negli anni settanta come matrice di intercalazione anodica, sostituendola con coke pe- trolifero, materiale resistente all’azione dell’elettrolita. Eli- minando completamente il li- tio metallico in una struttura in cui entrambi gli elettrodi ospi- tavano ioni di litio per inter- calazione, la nuova batteria al litio poteva essere ricari- cata centinaia di volte senza degradarsi ed era diventata così sicura da poter essere commercializzata su grande scala. Nel 1991 Sony mise in commercio le prime batterie a ioni di litio con anodo in pet- coke, catodo in Li x CoO 2 ed elettrolita costituito da LiPF 6 in carbonato di propilene. Con una densità di energia di 80 Wh/kg o 200 Wh/dm 3 hanno rappresentato la tec- nologia abilitante per la rivo- luzione mobile che sarebbe venuta di lì a poco. Ulteriori progressi tecnologici, come il passaggio alla grafite per il materiale anodico e al fosfa- to ferrico per quello catodico, hanno migliorato la densità di energia e l’impatto ambien- tale così che oggi le batterie Li-Ion sono un punto di riferi- mento anche per le applica- zioni di trazione elettrica e di immagazzinamento di ener- gia solare ed eolica. Il Nobel ai pionieri delle batterie a ioni di litio premia la tecnologia che ha reso possibile la rivoluzione Mobile e ha cambiato il settore dell’energy storage M ASSIMO G IUSSANI Li-Ion da Nobel