Una batteria agli ioni di litio – attualmente la più usata sul mercato, dai nostri telefoni alle nostre auto – viene solitamente caricata subito dopo essere stata creata. Il primo ciclo di carica è fondamentale: determina per quanto tempo la batteria funzionerà e quando si deteriorerà. Nel tempo i ricercatori hanno scoperto che se la prima carica viene eseguita con scariche di corrente insolitamente elevate, cambiano completamente le prestazioni di cui disporrà la batteria. Grazie a questa scoperta è stato possibile migliorare la durata delle batterie del 50%. La carica iniziale ora richiede meno tempo rispetto alle 10 ore di anni fa.
I ricercatori sono stati anche in grado di capire quali cambiamenti negli elettrodi della batteria rendono possibile un tale aumento della durata e delle prestazioni. “La produzione di batterie richiede molto capitale, energia e tempo. Ci vuole molto tempo per avviare la produzione di una nuova batteria ed è davvero difficile ottimizzare il processo di produzione perché ci sono così tanti fattori coinvolti”.
Quando le batterie vengono caricate, gli ioni di litio fluiscono verso l’elettrodo negativo della batteria. Quando quest’ultima viene utilizzata, gli ioni vanno verso l’elettrodo positivo. Questo processo è fondamentale sia per l’utilizzo che per la ricarica delle batterie agli ioni di litio che alimentano gran parte della nostra tecnologia odierna. Una batteria nuova avrà l’elettrodo positivo completamente pieno di litio. Ma col tempo, parte di quel litio si disattiva, il che spiega il progressivo degrado delle prestazioni di tali batterie. I ricercatori hanno scoperto che perdere deliberatamente una certa scorta di litio all’inizio in realtà aiuta a conservarne di più in futuro. Il litio crea uno strato speciale che si forma sull’elettrodo negativo e poi lo protegge dal degrado nel tempo.
I ricercatori lo hanno paragonato allo svuotamento di un secchio prima di trasportarlo. Anche se si perde un po’ d’acqua inizialmente, l’acqua rimanente ha meno probabilità di schizzare fuori dal secchio in seguito. La ricerca è descritta in un nuovo articolo, “Data-driven analysis of battery formation reveals the role of electrode utilization in extending cycle life”, pubblicato su Joule.