Un team di ricercatori del Pohang University of Science and Technology (POSTECH), in Corea del Sud, ha sviluppato una nuova tecnica che potrebbe ridefinire la produzione delle batterie al litio. Si chiama Condensation-Induced Self-Assembly (CISA) ed è un processo capace di coniugare rapidità, efficienza e sostenibilità ambientale, promettendo di ridurre drasticamente i tempi di fabbricazione e gli sprechi legati ai solventi. Il metodo permette di ottenere materiali porosi e uniformi in pochi secondi, migliorando la capacità di accumulo di litio e la mobilità degli elettroni e degli ioni, elementi cruciali per la prestazione complessiva delle batterie di nuova generazione.
Una nuova frontiera per gli anodi del futuro
La tecnologia CISA nasce come risposta a un problema che da anni ostacola l’efficienza delle batterie al litio: la difficoltà nel mantenere uniformità nanometrica durante la fabbricazione degli elettrodi. Nei metodi convenzionali, infatti, la lenta evaporazione dei solventi tende a provocare agglomerazioni di particelle e il collasso dei pori, compromettendo la struttura ordinata necessaria per un corretto flusso di ioni e di elettroni.
Tra le soluzioni più studiate finora figurava l’Evaporation-Induced Self-Assembly (EISA), una tecnica basata sull’autoassemblaggio durante l’asciugatura del solvente. Tuttavia, la sua lentezza e la difficoltà di controllo hanno limitato le applicazioni industriali.
La nuova tecnica elaborata dal gruppo di POSTECH, guidato dal professor Jin Kon Kim, risolve proprio questi limiti. Stando a Nanowerk, al posto dell’evaporazione fisica, il processo CISA sfrutta reazioni chimiche ultrarapide degli alcossidi metallici che portano all’autoassemblaggio dei materiali in appena cinque secondi. L’intera reazione avviene in acetone acido altamente riciclabile, un solvente che permette il completo recupero post-processo, eliminando quasi del tutto gli sprechi e riducendo l’impatto ambientale.
Durante la reazione, un copolimero a blocchi (PS-b-PEO) disciolto in acetone acido innesca una rapida idrolisi e condensazione di composti metallici come il niobio etossido. In questa fase, la soluzione forma micelle che si aggregano rapidamente in un gel soffice, il quale poi si solidifica in una struttura ossida porosa e ordinata.
Il risultato è un materiale con una superficie altamente sviluppata, grani cristallini stabili e pori regolari, qualità fondamentali per favorire un rapido trasporto di ioni e una maggiore capacità di accumulo.
Efficienza, sicurezza e sostenibilità nella produzione delle batterie
Come precisa Interesting Engineering, il punto di forza della tecnica CISA non risiede solo nella velocità, ma anche nella possibilità di integrare materiali conduttivi come MXene e nanotubi di carbonio già durante la formazione della struttura. Questo consente una distribuzione perfettamente uniforme all’interno della matrice ossida, evitando la separazione che affliggeva i metodi basati sull’evaporazione.
L’ossido di niobio combinato con MXene ottenuto con questo sistema ha mostrato prestazioni superiori rispetto ai materiali convenzionali: 163 mAh/g a 1 A/g e una capacità mantenuta di 115 mAh/g anche dopo 1.000 cicli di carica e scarica.
Le analisi di impedenza hanno inoltre rivelato un miglioramento sostanziale nella diffusione ionica e nella mobilità elettronica, fattori che rendono queste strutture particolarmente adatte all’impiego in batterie di nuova generazione. Ma l’impatto della ricerca potrebbe estendersi ben oltre il settore energetico: il metodo CISA, grazie alla sua scalabilità industriale e al ridotto consumo energetico, può essere applicato anche alla realizzazione di catalizzatori, sensori e materiali funzionali avanzati.
La combinazione di velocità, controllo chimico fine e sostenibilità ambientale rende CISA una delle innovazioni più promettenti nel panorama della scienza dei materiali. Un passo avanti decisivo verso un futuro in cui le batterie non saranno solo più potenti e durature, ma anche più rispettose dell’ambiente.
