Il silicio ha un problema di “gestione della rabbia”. Quando assorbe ioni di litio durante la carica, il suo volume si espande violentemente di oltre tre volte, come un palloncino molto pericoloso. Poi si sgonfia. E ricomincia. E collassa. “Morte improvvisa della batteria”, la chiamano gli scienziati che hanno lavorato e lavorano alle batterie che contengono questo fenomeno.
Un team dell’Università di Ningbo, però, ha deciso che era ora di insegnare al silicio a respirare. I ricercatori hanno letteralmente progettato una struttura tridimensionale ispirata ai meccanismi respiratori naturali, pubblicata su Energy Storage Materials, che permette ai nanofili di silicio di espandersi senza schiacciare tutto quello che hanno intorno. Una quiete forzata per materiali instabili.
Le batterie al litio allo stato solido sono considerate il “traguardo finale” per l’automotive elettrico: più sicure, più dense di energia, prestazioni cicliche superiori. E il silicio, sulla carta, è il materiale perfetto per gli anodi: capacità teorica dieci volte superiore alla grafite tradizionale, compatibilità chimica eccellente. Peccato che si comporti come un gigante con temperamento volatile, per usare le parole del professor Chen Wanghua, che ha guidato la ricerca.
La soluzione sarebbe abbandonare la “polvere di silicio” e far crescere i nanofili come alberi in una foresta, intrecciati in una rete tridimensionale sul collettore di corrente. Tra loro, abbondanti vuoti: valvole di respirazione che permettono l’espansione senza danneggiare l’elettrolito circostante. Una struttura core-shell a doppia fase, preparata con deposizione chimica da vapore potenziata al plasma, che suona complicata ma funziona.
I risultati sperimentali sono stati testati anche piegando e tagliando con le forbici le batterie sviluppate, che hanno continuato a funzionare comunque. Un dettaglio che fa pensare a quanti test distruttivi (magari anche rischiosi) abbiano dovuto fare prima di pubblicare con sicurezza.
Questa architettura colonnare unifica cinetica del trasporto ionico e integrità meccanica, avvicinando le batterie al silicio ad alta energia alla realtà commerciale. Forse stavolta il silicio ha davvero imparato a stare un po’ più tranquillo.
