Una scoperta firmata da un team della Humboldt-Universität zu Berlin potrebbe cambiare le regole della progettazione dei materiali per batterie. I ricercatori hanno sviluppato anodi ad alte prestazioni per batterie al litio e al sodio, capaci di garantire una velocità di ricarica eccezionale e una stabilità prolungata nel tempo. Il punto di rottura? L’abbandono dell’ordine cristallino perfetto, a favore di un “disordine mirato” che rivoluziona la mobilità ionica e l’efficienza delle batterie.
Il disordine come strategia per migliorare la conduttività ionica
Tradizionalmente, i materiali per l’accumulo di energia si basano su strutture cristalline altamente ordinate: una scelta che garantisce percorsi prevedibili per il trasporto degli ioni, ma al prezzo di una rigidità strutturale e di prestazioni scarse ad alte velocità di carica.
Gli scienziati berlinesi, in due studi pubblicati su Nature Communications e Advanced Materials, hanno invece dimostrato che è proprio il disordine atomico mirato a offrire benefici concreti: maggiore conduttività ionica, stabilità nei cicli di ricarica e persino nuovi meccanismi di accumulo energetico.
“La nostra ricerca mostra che l’imperfezione mirata può diventare uno strumento potente nella progettazione dei materiali”, ha dichiarato il professor Nicola Pinna del Dipartimento di Chimica dell’HU. Secondo la collega Dr. Patrícia Russo, “rompendo deliberatamente l’ordine atomico, apriamo la strada a batterie più potenti, durature e sostenibili”.
Nuovi materiali per batterie al litio e sodio: prestazioni straordinarie
Utilizzando ossidi di niobio-tungsteno e niobato di ferro, i ricercatori hanno ottenuto materiali fortemente disordinati ma capaci di resistere a lunghissimi cicli di carica. Gli anodi per batterie al litio, ad esempio, mantengono gran parte delle loro prestazioni anche dopo 1.000 cicli. Per le batterie al sodio – considerate un’alternativa più sostenibile – è stato messo a punto un nuovo tipo di materiale basato sul niobato di ferro con struttura columbite, in grado di superare i 2.600 cicli di ricarica con prestazioni pressoché intatte.
Durante la prima ricarica, il materiale subisce una trasformazione strutturale, perdendo l’ordine a lungo raggio ma conservando elementi fondamentali per l’efficienza. La presenza del ferro induce un disordine localizzato negli ottaedri FeO₆, che consente lo stoccaggio reversibile del sodio in una fase amorfa. Allo stesso tempo, si formano catene zigzag a corto raggio nei piani NbO₆, che fungono da “scheletro” strutturale, creando numerosi siti attivi per l’accumulo ionico e percorsi più rapidi per la diffusione.
Secondo il team, l’integrazione di anodi disordinati al litio e anodi amorfi al sodio potrebbe aprire scenari inediti per le tecnologie di accumulo: dai veicoli elettrici a ricarica ultrarapida fino alle soluzioni stazionarie per l’energia rinnovabile. La ricerca sottolinea il potenziale delle strategie di progettazione atomica per affrontare sfide energetiche globali, offrendo alternative più sicure, stabili ed efficienti rispetto alle tecnologie attuali.
