Il premio Nobel 2019 per la chimica è stato riconosciuto agli scienziati Whittingham, Goodenough e Yoshino ideatori delle batterie agli ioni di litio. Accumulatori ricaricabili e leggeri che hanno rivoluzionato il nostro modo di comunicare, muoversi, lavorare e che hanno contribuito a supportare sempre più il settore delle energie rinnovabili.
La scoperta della batteria al litio
La storia del Litio incomincia negli anni Settanta, quando a causa della crisi del petrolio si ricercano sistemi alternativi per la produzione di energia che non utilizzano i combustibili fossili. È in questo periodo che lo scienziato Whittingham, chiamato a operare per conto della Exxon, ripose la propria attenzione sul litio. Whittingham pensò di utilizzare il litio metallico come anodo di una batteria, ovvero come l’elettrodo negativo da cui si muovono gli elettroni, mentre come catodo della batteria utilizzò il disolfuro di titanio, un materiale superconduttore che al suo interno può ospitare ioni di litio. Gli ioni litio, come gli elettroni si muovevano così dall’anodo al catodo con disolfuro di titanio, e da qui venivano riportati indietro quando la batteria veniva rimessa in carica.
Lo sviluppo della batteria agli ioni di litio (li-ion) in tre mosse
La batteria al litio di Whittingham presentava uno svantaggio: il litio metallico usato nell’anodo era troppo esplosivo. Whittingham intuì che le vere potenzialità sarebbero state da individuare più che nell’anodo, nel catodo, ma l’abbassamento dei prezzi del greggio fece diventare obsoleta per la Exxon la ricerca nel campo.
Prototipo Batteria al Litio Whittingham
Solo con l’arrivo del fisico/chimico Goodenough, capo dell’Inorganic Chemistry Laboratory dell’università di Oxford, ripresero le ricerche di Whittingham: utilizzando l’ossido di litio cobalto (Li1-xCoO2), un materiale leggero e ad alta densità di energia, come catodo, duplicò la capacità delle batterie agli ioni di litio, mettendo a punto così una batteria da 4 volt, il doppio di quella di Whittingham.
Prototipo batteria al litio Goodenoughs
Il lavoro di Goodenough venne successivamente commercializzato attraverso la Sony grazie al chimico Akira Yoshino, che, con alcuni miglioramenti aggiuntivi sulla batteria al litio di Goodenough, contribuì alla diffusione dei dispositivi elettronici portatili. Yoshino pensò di utilizzare il coke petrolifero (un sottoprodotto della lavorazione del petrolio) per la costruzione del materiale dell’anodo per far alloggiare gli ioni di litio. Realizzando così l’attuale batteria agli ioni di litio (Li-ion battery), un prodotto stabile, leggero e sicuro.
Prototipo batteria al litio Yoshino
Dalla batteria agli ioni di litio (lithium ion battery Li-ion) alla batteria Litio Ferro Fosfato o LFP (LiFEPO4)
L’utilizzo sempre maggiore delle batterie al litio, soprattutto nei settori dell’elettronica di consumo, della comunicazione e dei computer ha spinto i tre ricercatori a trovare soluzioni di batterie al litio ancora più performanti. In particolare nel 1996 Goodenough presso l’Università del Texas utilizzò il Litio Ferro Fosfato come catodo e un elettrodo di carbonio grafitico come anodo. Il risultato fu una batteria caratterizzata da un costo più basso, non tossicità, eccellente stabilità termica, elevata sicurezza e prestazioni elettrochimiche, ma con una conducibilità elettrica più bassa della batteria agli ioni di litio.
Tale limite venne superato riducendo la dimensione delle particelle e/o rivestendole con materiali conduttivi quali il carbonio, arrivando a sviluppare così l’attuale batteria al litio Ferro fosfato o LFP che trova sempre più applicazione nel settore delle energie rinnovabili, dei veicoli elettrici, nella nautica, dell’industria e non solo.