La tecnologia mobile sta aumentando di potenza in modo esponenziale, ma la tecnologia delle batterie non tiene il passo. Stiamo raggiungendo i limiti fisici di ciò che possono fare i design convenzionali agli ioni di litio e ai polimeri di litio. La soluzione potrebbe essere qualcosa chiamato batteria allo stato solido.
Che cos'è una batteria a stato solido?
In un design di batteria convenzionale, più comunemente agli ioni di litio, vengono utilizzati due elettrodi di metallo solido con un sale di litio liquido che funge da elettrolita. Le particelle ioniche si spostano da un elettrodo (il catodo) all'altro (l'anodo) mentre la batteria si carica e viceversa mentre si scarica. L'elettrolito di sale di litio liquido è il mezzo che consente quel movimento. Se hai mai visto una batteria corrodersi o perforarsi, "l'acido della batteria" che fuoriesce (o talvolta esplode) è l'elettrolito liquido.
In una batteria a stato solido, sia gli elettrodi positivo che negativo e l'elettrolita tra di loro sono pezzi solidi di metallo, lega o altro materiale sintetico. Il termine "stato solido" potrebbe ricordarti le unità dati SSD e non è una coincidenza. Le unità di archiviazione a stato solido utilizzano la memoria flash, che non si muove, al contrario di un disco rigido standard, che memorizza i dati su un disco magnetico rotante alimentato da un minuscolo motore.
Sebbene l'idea delle batterie allo stato solido sia in circolazione da decenni, i progressi nel loro sviluppo sono solo all'inizio, attualmente stimolati dagli investimenti di aziende di elettronica, produttori di automobili e fornitori industriali in generale.
Cosa c'è di meglio delle batterie a stato solido?
Le batterie a stato solido promettono alcuni vantaggi distinti rispetto alle loro cugine piene di liquido: migliore durata della batteria, tempi di ricarica più rapidi e un'esperienza più sicura.
Le batterie allo stato solido comprimono l'anodo, il catodo e l'elettrolita in tre strati piatti invece di sospendere gli elettrodi in un elettrolita liquido. Ciò significa che puoi renderle più piccole, o almeno più piatte, mantenendo la stessa energia di una batteria a base di liquido più grande. Quindi, se sostituisci la batteria agli ioni di litio o ai polimeri di litio nel tuo telefono o laptop con una batteria a stato solido delle stesse dimensioni, otterrebbe una carica molto più lunga. In alternativa, puoi creare un dispositivo che trattiene la stessa carica molto più piccolo o più sottile.
Le batterie a stato solido sono anche più sicure, poiché non c'è liquido tossico e infiammabile da versare e non emettono tanto calore quanto le batterie ricaricabili convenzionali. Se applicati a batterie che alimentano l'elettronica corrente o persino le auto elettriche, potrebbero anche ricaricarsi molto più velocemente: gli ioni potrebbero spostarsi molto più rapidamente dal catodo all'anodo.
Secondo le ultime ricerche, una batteria a stato solido potrebbe superare le tradizionali batterie ricaricabili del 500% o più in termini di capacità e caricarsi in un decimo del tempo.
Quali sono gli svantaggi?
Poiché le batterie allo stato solido sono una tecnologia emergente, sono incredibilmente costose da produrre. Così costosi, infatti, che non sono installati in nessuna delle principali elettroniche di consumo al momento della scrittura. Nel 2012, analisti che scrivono per il dipartimento di analisi del software e elaborazione avanzata dei materiali dell'Università della Florida ha stimato che una tipica batteria a stato solido delle dimensioni di un telefono cellulare costerebbe circa $ 15.000 per la produzione. Uno abbastanza grande da alimentare un'auto elettrica costerebbe $ 100.000.
In parte ciò è dovuto al fatto che le economie di scala non sono in atto: centinaia di milioni di batterie ricaricabili vengono prodotte ogni anno proprio adesso, quindi i costi di produzione dei materiali e delle apparecchiature sono distribuiti su enormi linee di fornitura. Ci sono solo poche aziende e università che ricercano batterie allo stato solido, quindi il costo per produrle ognuna è astronomico.
Un altro problema sono i materiali. Sebbene le proprietà di vari metalli, leghe e sali metallici utilizzati per le batterie ricaricabili convenzionali siano ben note, attualmente non conosciamo la migliore composizione chimica e atomica per un elettrolita solido tra anodi metallici e catodi. La ricerca attuale sta restringendo questo campo, ma dobbiamo raccogliere dati più affidabili prima di poter raccogliere o sintetizzare i materiali e investire nei processi di produzione.
Quando potrò utilizzare una batteria a stato solido?
Come con tutte le tecnologie emergenti, cercare di capire quando ci metterete le mani è, nella migliore delle ipotesi, un'ipotesi.
È incoraggiante che molte enormi società stiano investendo nella ricerca necessaria per portare le batterie allo stato solido nel mercato dei consumatori, ma a parte un importante passo avanti nell'immediato futuro, è difficile dire se ci sarà un grande balzo in avanti. Almeno una casa automobilistica dice che sarà pronto per metterne uno in un veicolo entro il 2023, ma non immagina quanto potrebbe costare quell'auto. Cinque anni sembrano eccessivamente ottimisti; dieci anni sembrano più probabili. Potrebbero essere necessari venti anni o più prima che i materiali siano stabiliti e i processi di produzione siano sviluppati.
Ma come abbiamo detto all'inizio dell'articolo, la tecnologia convenzionale delle batterie sta iniziando a sbattere contro un muro. E non c'è niente come potenziali vendite per stimolare la ricerca e lo sviluppo. È almeno leggermente (molto, molto leggermente) possibile che tu possa essere in grado di utilizzare un gadget o guidare un'auto alimentata da una batteria a stato solido presto.
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