Sila Nanotechnologies ha raggiunto prestazioni record con una batteria agli ioni di litio che permetterebbe di abbattere i costi o migliorare le prestazioni di automobili e telefoni cellulari.
di James Temple
Negli ultimi sette anni, una startup di Alameda, California, ha lavorato in silenzio a un nuovo materiale per anodi che promette di potenziare notevolmente le prestazioni delle batterie agli ioni di litio.
Il mese scorso Sila Nanotechnologies è uscita dalla modalità stealth e ha stretto una collaborazione con BMW per montare i suoi materiali per anodi su alcune delle vetture elettriche della casa entro il 2023. Stando a un portavoce di BMW intervistato dal Wall Street Journal, la società prevede che, grazie a questa collaborazione, la quantità di energia accumulabile all’interno di una cella di un determinato volume aumenterà del 10-15 percento. Gene Berdichevsky, CEO di Sila, sostiene che i materiali da loro sviluppati potrebbero anche arrivare a produrre un miglioramento del 40 percento (vedi “35 Innovators Under 35: Gene Berdichevsky”).
Per le vetture elettriche, un aumento nella cosiddetta densità energetica permette di estenderne l’autonomia per carica o ridurre il costo delle batterie necessarie per raggiungere valori standard. Per i prodotti di largo consumo, la tecnologia potrebbe alleviare lo stress dovuto alla ridotta autonomia dei telefoni cellulari o consentire l’utilizzo di funzionalità o componenti dall’elevato consumo energetico, quali reti ultraveloci 5G o fotocamere più grandi.
I ricercatori hanno trascorso decenni a ricercare soluzioni innovative per incrementare le capacità delle batterie agli ioni di litio, ma i progressi finora conseguiti sono sempre risultati in pochi punti percentuale. Come ha fatto a ottenere un simile risultato la Sila Nanotechnologies?
In occasione di una intervista con l’edizione USA di MIT Technology Review, Berdichevsky, precedentemente il settimo dipendente di Tesla, e il CTO Gleb Yushin, uno scienziato dei materiali presso il Georgia Institute of Technology, hanno recentemente offerto una spiegazione più dettagliata della tecnologia da loro sviluppata.
Da tempo gli ingegneri ritenevano che il silicio possedesse un grande potenziale come materiale per gli anodi; il silicio, infatti, è in grado di legarsi con una quantità di ioni di litio 25 volte superiore rispetto alla grafite, il materiale più comunemente utilizzato nelle odierne batterie agli ioni di litio. Il silicio ha anche una caratteristica sgradita: quando accumula così tanti ioni di litio, il suo volume aumenta al punto da esercitare sforzi che, in fase di ricarica, possono portare alla rottura del materiale. Il rigonfiamento avvia anche delle reazioni elettrochimiche che riducono le prestazioni della batteria.
Nel 2010, Yushin ha contribuito alla stesura di un paper scientifico al cui interno veniva identificato un metodo per produrre nanoparticelle rigide in silicio con una struttura interna sufficiente porosa da riuscire a gestire significativi cambiamenti di volume. Yushin ha quindi collaborato con Berdichevsky ed Alex Jacobs, un altro ex ingegnere di Tesla, per fondare Sila l’anno seguente.
È da allora che la società ha lavorato per commercializzare il concetto di base, sviluppando, producendo e collaudando decine di migliaia di varietà differenti di nanoparticelle per anodi sempre più sofisticate. La società ha scoperto soluzioni per alterare la struttura interna e prevenire il contatto dell’elettrolita con le particelle; ha apportato dozzine di migliorie incrementali nella densità energetica, al punto da segnare un miglioramento del 20 percento rispetto alle migliori tecnologie esistenti.
Sila Nanotechnologies è riuscita a sviluppare una robusta particella sferica, grande pochi micrometri, dotata di un nucleo poroso capace di gestire e contenere gran parte degli aumenti di volume entro la sua struttura interna. Dimensione e forma esterna della particella non cambiano durante i cicli di ricarica, garantendo prestazioni e un ciclo di vita normali. Le polveri composite che ne derivano fungono da materiale pronto per l’uso e compatibile con le odierne batterie agli ioni di litio.
Come per qualunque altra tecnologia per le batterie, occorrono almeno cinque anni perché l’industria automobilistica concluda i processi di valutazione di qualità e sicurezza – da cui il termine fissato al 2023 con BMW. La startup sta però avanzando rapidamente sul fronte dei dispositivi elettronici di largo consumo, dove prevede di riuscire a lanciare i suo i materiali a partire dall’anno prossimo.
Venkat Viswanathan, un ingegnere meccanico della Carnegie Mellon, dice che Sila “sta progredendo rapidamente”. Dimostra cautela, però, sugli effetti collaterali che seguono solitamente a notevoli miglioramenti sotto certi aspetti – quali sicurezza, tempi di ricarica o ciclo di vita – ricordando che quanto funziona in laboratorio non funziona sempre nel mondo reale.
Società quali Enovix ed Enev stanno a loro volta sviluppando materiali per anodi. Nel frattempo, altre imprese cercano di percorrere strade completamente differenti per migliorare la capacità di accumulo, batterie allo stato solido in primis. Queste batterie utilizzano materiali come vetro, ceramiche o polimeri per sostituire gli elettroliti liquidi.
BMW ha anche stretto una collaborazione con Solid Power, una spinout della University of Colorado, Boulder, che sostiene di aver sviluppato una tecnologia per batterie allo stato solido basata su anodi in metallo di litio e capace di accumulare fino a tre volte la quantità di energia di una normale batteria agli ioni di litio. Nel frattempo la Ionic Materials, che ha recentemente raccolto $65 milioni da Dyson ed altre società, ha sviluppato un elettrolita polimerico solido che dovrebbe permettere di sviluppare batterie più economiche e sicure.
Alcuni esperti del settore ritengono che le tecnologie allo stato solido comportino i migliori guadagni in termini di densità energetica, ammesso che i ricercatori riescano a sormontare alcuni importanti ostacoli tecnici.
Berdichevsky insisteche i materiali sviluppati dalla sua startup sono pronti ora e che, a differenza delle potenziali concorrenti allo stato solido, non richiedono costosi aggiornamenti ai macchinari per la produzione.
(MO)
