Essere o non essere — Sul cambiamento climatico e l'elettrificazione (II)

2026-10-16 |

V. Decarbonizzare o non decarbonizzare?

Qualche anno fa, la decarbonizzazione era l'argomento più discusso. Ogni vertice fissava una data per l'obiettivo di zero emissioni nette; ogni grande azienda nominava un responsabile della sostenibilità; ogni utility pubblicava un piano d'azione. Da allora, l'iniziativa per la decarbonizzazione è cambiata. Non si è invertita, ma si è fatta meno presente.

Il rallentamento si manifesta principalmente nelle spese. Secondo un'analisi di una società di consulenza finanziaria, le sette maggiori compagnie petrolifere internazionali hanno ridotto gli investimenti a basse emissioni di carbonio a circa 8,3 miliardi di dollari nel 2025, il livello più basso dal 2019 e in netto calo rispetto ai circa 24 miliardi di dollari dell'anno precedente: è la prima volta che la spesa per le energie rinnovabili diminuisce mentre quella per gli idrocarburi aumenta. BP ha smantellato la sua divisione per le energie a basse emissioni di carbonio e ha ridotto la spesa per la transizione a 1,5-2 miliardi di dollari all'anno; Shell ha deciso di abbandonare l'eolico offshore. Negli Stati Uniti sono stati cancellati gli incentivi fiscali per l'acquisto di veicoli elettrici e l'Unione Europea ha attenuato il suo piano di eliminazione graduale dei motori a combustione interna previsto per il 2035. Benchmark Mineral Intelligence prevede una crescita delle vendite globali di veicoli elettrici di circa il 13% nel 2026, il tasso più basso dal 2020. Alcuni movimenti politici ora si battono apertamente per l'abolizione degli obiettivi di emissioni nette zero. La governance climatica è ampiamente descritta come in una fase di stallo, con un aumento delle barriere commerciali "verdi" al posto della cooperazione.

Nel frattempo, la fisica non si è affatto raffreddata. Il Rapporto statistico sull'energia mondiale 2026 registra una crescita delle energie rinnovabili di quasi il 10% nel 2025, ma ha aggiunto solo circa 3,2 exajoule, mentre petrolio, gas e carbone insieme hanno contribuito con circa 4,9 EJ, più della metà dell'aumento di 8,1 EJ dell'offerta energetica globale totale. I combustibili fossili hanno comunque fornito circa l'86% della capacità. Le nuove centrali a carbone sono aumentate del 3,5%, raggiungendo livelli tra i più alti mai registrati. E un fattore determinante che nessun negoziatore nel 2015 aveva immaginato è arrivato: l'intelligenza artificiale. Gartner prevede una domanda globale di elettricità per i data center pari a 565 TWh nel 2026, con un aumento del 26%, e un consumo energetico che passerà da 104 GW a 132 GW e a 290 GW entro il 2030. Negli Stati Uniti, la capacità di generazione a gas in fase di sviluppo legata ai data center è quasi raddoppiata in sei mesi, raggiungendo i 378 GW. L'EIA prevede che il consumo di energia elettrica negli Stati Uniti raggiungerà nuovamente livelli record nel 2026 e nel 2027.

Il mondo si trova quindi in una situazione di scomoda asimmetria: la retorica si è affievolita, mentre la domanda a cui si rivolgeva è aumentata. La decarbonizzazione, facile ed economica, è in gran parte già stata accantonata. Ciò che rimane – il riscaldamento industriale, il consolidamento della rete elettrica, lo stoccaggio a lungo termine, la parte meno appariscente – è proprio quella che non suscita più consensi, ed è quella che deciderà l'esito finale.

Ora che la moda di annunciare tali riduzioni è passata, è opportuno proseguire con gli sforzi per la riduzione delle emissioni di anidride carbonica? La transizione verso l'energia pulita dovrebbe procedere a ritmo sostenuto, rallentare fino a quando i bilanci non saranno più sostenibili, oppure fermarsi fino alla prossima crisi che la renderà nuovamente urgente?

VI. Evolvere o non evolvere?

Le domande precedenti riguardavano le infrastrutture. Questa riguarda l'adattamento, e in biologia l'adattamento non è un'opzione.

Per le aziende, l'evoluzione raramente rappresenta una decisione morale. È un riflesso di sopravvivenza che i bilanci tendono a sottovalutare. Vale la pena investire in energie più pulite e renderle redditizie per i clienti nei prossimi decenni? È difficile rispondere, perché la situazione varia da regione a regione. In Cina, le infrastrutture e gli investimenti nel settore eolico e solare sono ancora in crescita. La produzione di energia eolica e solare (partendo da quasi zero nel 1990) ha raggiunto il 22% della produzione totale di energia nel 2025, superando ora l'energia idroelettrica. Per quanto riguarda le vendite di automobili, la penetrazione dei veicoli a nuova energia (inclusi BEV, PHEV ed EREV) ha registrato il 60,4% a luglio 2026, superando per la prima volta nella storia il 50% delle vendite mensili. Molti clienti sono curiosi di provare i nuovi veicoli elettrici, poiché spesso appaiono più eleganti, intelligenti e lussuosi; mentre altri ritengono che le auto a benzina siano molto più robuste e durevoli. È difficile dare una risposta semplice. In alcune aree, i veicoli elettrici stanno diventando sempre più popolari, mentre la maggior parte dei mercati è ancora più orientata verso i veicoli con motore a combustione interna.

Per i singoli individui, la tentazione è quella di considerare tutto ciò come una prova morale. È più corretto interpretarlo come una serie di decisioni poco appariscenti: la prossima auto, la prossima caldaia, un tetto, un fondo pensione e, soprattutto, la professione che si è specializzati. Un ingegnere con vent'anni di esperienza nel settore dei motori a combustione interna non rappresenta un ostacolo alla transizione: se riqualificato, quello stesso ingegnere diventa la transizione stessa. Anche il limite onesto è altrettanto importante. Le scelte personali non possono sostituirsi a reti elettriche, standard e prezzi; un cittadino che ricicla diligentemente mentre le emissioni nazionali aumentano può cambiare ben poco, e non dovrebbe essere chiamato a farsi carico di un peso che il sistema dovrebbe sopportare.

Evolversi o non evolversi. Nella documentazione fossile, le specie che si sono deliberate con calma non hanno lasciato discendenti di cui leggere.

VII. Coinvolgere o non coinvolgere?

Ogni soluzione lascia un residuo. La transizione pulita funziona a batterie, e le batterie sono oggetti chimici con conseguenze chimiche.

L'elenco dei materiali è preoccupante. I catodi utilizzano nichel, cobalto e manganese, metalli di transizione la cui estrazione e fusione hanno effetti documentati su acqua e suolo. Nel 2022, un superamento dei limiti di tallio nel bacino del fiume Jinjiang, vicino a Yichun, in Cina, è stato ricondotto alle operazioni della catena di approvvigionamento del litio. L'estrazione di salamoia nel deserto di Atacama – Cile e Argentina insieme forniscono circa un quarto del litio mondiale – può consumare fino a due milioni di litri d'acqua per chilogrammo di litio, in alcuni dei luoghi più aridi della Terra.

Poi c'è il fluoro. La maggior parte delle celle lega il catodo con PVDF o PTFE, fluoropolimeri che si trovano all'estremità più esterna della famiglia dei PFAS, e il sale elettrolitico dominante, LiPF₆, si idrolizza a contatto con l'umidità in acido fluoridrico. Le emissioni durante la produzione sono minime. Il problema sorge a fine vita, quando il trattamento termico di quel legante rilascia prodotti di degradazione fluorurati nei gas di scarico. I PFAS persistono; non rispettano alcun confine e non si degradano in tempi compatibili con la vita umana.

Il riciclo sta migliorando, partendo da una base bassa e confrontandosi con una crescita esponenziale. La Commissione europea prevede che la domanda globale di batterie aumenterà di circa quattordici volte. Il regolamento UE 2023/1542 stabilisce obiettivi ambiziosi: un'efficienza di riciclo del 70% per le batterie al litio entro il 2030, un recupero del litio che passerà dal 50% nel 2027 all'80% nel 2031, cobalto, rame, piombo e nichel al 90-95%, e un passaporto per le batterie a partire dal 2027. Nel settembre 2026 la Commissione ha dichiarato che questi obiettivi sono adeguati allo scopo. Gli obiettivi, tuttavia, non si misurano in tonnellate. Le reti di raccolta sono incomplete, la redditività del riciclo varia in base al prezzo del litio e l'applicazione delle norme al di fuori dell'UE rimane discontinua.

La chimica degli ioni di sodio offre una soluzione parziale – niente cobalto, niente nichel – mentre la ricerca su leganti privi di cellulosa, lignina e fluoro è senz'altro seria, seppur ancora in fase iniziale.

Quindi: coinvolgere o non coinvolgere? Le conseguenze sono documentate. Così come lo è l'alternativa.

VIII. Essere umani o no?

Le nuove tecnologie vengono create per essere umane o dannose per l'intero ecosistema? Tutti sanno che la tecnologia non è intrinsecamente benevola.

Anche se l'energia atomica contribuisce all'approvvigionamento energetico dell'umanità, si ritiene che i suoi residui danneggino l'intero ecosistema per centinaia, se non decine di migliaia di anni!

È possibile inventare tecnologie per le batterie che siano umane? Speriamo che la risposta sia sì. Dobbiamo creare tecnologie per le batterie che siano umane: che coinvolgano, e che coinvolgano con consapevolezza.

La transizione deve procedere e deve essere realizzata con i materiali meno dannosi possibili. Laddove le prestazioni lo consentano, utilizzare catodi agli ioni di sodio anziché al cobalto e al nichel. Leganti acquosi a base di cellulosa e lignina al posto di PVDF e PTFE, in modo che il fluoro non raggiunga mai il forno. Elettroliti che non si idrolizzano in acido fluoridrico. Una contabilità idrica trasparente nelle miniere di salamoia e di roccia dura e una bonifica completa alla chiusura di un sito. Celle progettate per essere smontabili, in modo che gli obiettivi di riciclaggio sanciti dalla legge si traducano in tonnellate effettive e in documenti che attestino la veridicità del contenuto. Ricambi auto facilmente reperibili e accessibili al pubblico per le riparazioni. Batterie esaurite riciclate legalmente e volontariamente.

Niente di tutto ciò è dettato dal sentimentalismo. È l'unica versione della transizione che lascerà il prossimo secolo in condizioni migliori di quelle in cui si è trovato questo.

La tecnologia non acquisirà una coscienza propria. Bisogna scegliere i materiali. Questa scelta consapevole è ciò che significa "umano" e spetta a noi compierla. Un approvvigionamento energetico più pulito è un imperativo dell'evoluzione, e un consumo energetico più pulito ne è la naturale conseguenza; e tutte queste transizioni devono avvenire in modo graduale per renderle accessibili a tutti.

Essere o non essere — Sul cambiamento climatico e l'elettrificazione (I)

2026-10-15 |

I. Riscaldamento globale

Per circa due secoli l'economia moderna si è basata su un unico, sorprendente patto: dissotterrare l'antica luce solare, bruciarla e convertire l'energia rilasciata in movimento, calore, luce e crescita. Ha funzionato. Ha sollevato miliardi di persone dalla povertà, ha ridotto le distanze e ha costruito la civiltà industriale in cui viviamo. Ha anche prodotto un conto, e quel conto ora ci viene presentato.

L'anidride carbonica derivante dalla combustione di combustibili fossili ha spinto la CO₂ atmosferica a concentrazioni mai viste da milioni di anni, e la temperatura media globale ha già superato di 1,5 °C i livelli preindustriali negli ultimi anni. Le conseguenze non sono più proiezioni modellistiche su una diapositiva di una conferenza; sono le notizie. Ondate di calore, siccità, precipitazioni eccezionali, ritiro dei ghiacciai, sbiancamento dei coralli, innalzamento del livello del mare.

E proprio ora si sta verificando un evento specifico e straordinario. Nel settembre 2026 si è formalmente sviluppato un super El Niño nel Pacifico equatoriale, un evento di "tipo orientale" il cui centro caldo si trova al largo delle coste del Sud America. L'Organizzazione Meteorologica Mondiale ha affermato che la probabilità che persista fino a febbraio 2027 è vicina al 100% e che le temperature superficiali del mare nel Pacifico tropicale centrale e orientale raggiungeranno livelli record tra ottobre e dicembre, con un picco intorno a dicembre. Il Centro Nazionale per il Clima cinese ha stimato che questo potrebbe diventare l'El Niño più forte da quando è iniziato il monitoraggio sistematico nel 1951; alcuni previsori stimano che l'anomalia di picco nella regione Niño 3.4 si attesti intorno ai 3,2-3,5 °C, ben oltre i 2,8 °C dei precedenti eventi record.

El Niño non è causato dai cambiamenti climatici, bensì da un'oscillazione naturale. Tuttavia, si sta manifestando in un contesto già anomalo, ed è proprio questo che rende la combinazione pericolosa. Si prevedono temperature globali record nel 2027, quando si avvertiranno appieno gli effetti del riscaldamento causato da questo fenomeno. Si prevedono inoltre monsoni interrotti, inondazioni in alcuni bacini idrografici e siccità in altri, perdite di raccolto per olio di palma, caffè, riso e zucchero, ondate di calore marine e una forte pressione sui sistemi idrici ed energetici in America, Asia e Oceania. Gli analisti delle materie prime prevedono già aumenti del 30-40% per alcuni oli vegetali. Questa è la manifestazione concreta e immediata del problema climatico: non un'astrazione lontana, ma un raccolto, una pianura alluvionale, una rete elettrica, un ospedale.

II. Il sangue dell'economia

Ecco dove sta la difficoltà. La sostanza stessa che alimenta questa crisi è anche il sangue dell'economia moderna, e il sangue è difficile da rimpiazzare.

Il petrolio non è semplicemente un combustibile. È una materia prima: plastica, fertilizzanti, prodotti farmaceutici, asfalto, lubrificanti, fibre sintetiche – l'intero albero petrolchimico. Rimane il campione in termini di densità energetica liquida, motivo per cui alimenta ancora quasi tutto il trasporto aereo e la maggior parte del trasporto marittimo. Sostiene la logistica del commercio globale e, attraverso il diesel e i fertilizzanti, il prezzo del cibo. Inoltre, dà lavoro a un numero enorme di persone. Secondo il rapporto "World Energy Employment 2025" dell'Agenzia Internazionale dell'Energia, l'occupazione globale nel settore energetico ha raggiunto circa 76 milioni di persone nel 2024. Di queste, la produzione e la distribuzione di petrolio e gas rappresentavano circa 12,4 milioni di posti di lavoro, circa due terzi dei quali – circa 8 milioni – nella sola fornitura di petrolio. Aggiungendo l'occupazione indiretta e indotta nei servizi, nella raffinazione, nei trasporti, nella petrolchimica e nella vendita al dettaglio di carburanti, i mezzi di sussistenza influenzati dall'economia degli idrocarburi ammontano a decine di milioni in tutto il mondo. Negli Stati Uniti, un'analisi di settore ha stimato che, includendo gli effetti diretti, indiretti e indotti, il settore ha sostenuto quasi 19,3 milioni di posti di lavoro. In Cina, la cifra relativa superava i 3 milioni.

Le aziende che si trovano al vertice di questo sistema detengono interessi acquisiti di portata storica. Le loro attività – pozzi, oleodotti, raffinerie, flotte di petroliere, riserve registrate – rappresentano migliaia di miliardi di dollari di capitale. I loro modelli di business, gli obblighi pensionistici e (in molti stati produttori) interi bilanci nazionali dipendono dalla domanda continua. Non sorprende quindi che l'industria abbia passato decenni a mettere in discussione la scienza climatica; non sorprende altrettanto che da allora si sia reinventata – con portafogli di energie rinnovabili modesti, pubblicità sulla "transizione energetica", promesse di zero emissioni nette con orizzonti lontani – mentre gli investimenti in nuovi giacimenti di petrolio e gas continuano. Diverse delle maggiori compagnie petrolifere hanno recentemente ridotto nuovamente la spesa per le energie pulite, citando prezzi deboli e pressioni da parte degli azionisti. La domanda è davvero difficile da rispondere.

III. Elettrificare o non elettrificare?

Le nazioni e le aziende dovrebbero optare per alternative elettrificate per i trasporti aerei, terrestri e marittimi? E i singoli individui?

Sulla terraferma, la questione è in gran parte risolta . I veicoli passeggeri elettrici a batteria sono già competitivi in termini di costi totali in molti mercati, con emissioni più pulite, più silenziosi e sempre più spesso ricaricati da reti elettriche che a loro volta si stanno decarbonizzando. I veicoli elettrici a due e tre ruote dominano le vendite di nuovi veicoli in gran parte dell'Asia. Autobus urbani, furgoni per le consegne e camion per il trasporto a corto raggio si elettrificano facilmente. Anche il trasporto pesante su strada si sta elettrificando, con batterie e sistemi di alimentazione aerea per il trasporto merci regionale e idrogeno riservato alle tratte più lunghe e fredde. La risposta onesta è: sì, elettrificate. Gli ostacoli rimanenti – infrastrutture di ricarica, capacità della rete, catene di approvvigionamento delle batterie – sono problemi di ingegneria e di investimento, non questioni di principio.

In mare, l'elettrificazione è parziale ma reale . Traghetti, imbarcazioni portuali, chiatte per la navigazione interna e rotte a corto raggio si stanno elettrificando rapidamente; traghetti ibridi a batteria sono già operativi in Norvegia, Cina e altrove. Il trasporto marittimo d'altura non può funzionare solo con le batterie: il divario in termini di densità energetica è semplicemente troppo grande. La strada realistica è un mix: propulsione elettrica e ibrida nelle acque portuali e costiere, poi metanolo, ammoniaca, idrogeno e vento per l'oceano aperto. Elettrificare il porto stesso – alimentazione da terra, movimentazione merci elettrica, ricarica a terra – è un obiettivo importante e immediato.

In volo, dobbiamo essere umili . Le batterie contengono forse un quarantesimo dell'energia per chilogrammo di carburante per aerei. Il volo elettrico è fattibile per aerei da addestramento, aerotaxi e brevi tratte regionali, e in questo ambito si stanno compiendo progressi concreti. L'aviazione a lungo raggio non sarà elettrificata in un decennio prevedibile. Carburanti per l'aviazione sostenibili, aeromobili a idrogeno per il medio raggio e, soprattutto, la gestione della domanda e un onesto sistema di prezzi del carbonio sono le leve su cui puntare. Affermare che l'elettrificazione risolverà i problemi dell'aviazione è un'esagerazione e mina la credibilità in tutti gli altri ambiti.

E i lavoratori ? Questa è l'obiezione più forte sollevata contro la transizione, e merita una risposta, non uno slogan. I dati dell'AIE suggeriscono che, nel complesso, non si tratta di un evento che distrugge posti di lavoro. Nel 2024 il settore elettrico – generazione, trasmissione, distribuzione e stoccaggio – è diventato per la prima volta il maggiore datore di lavoro nel settore energetico, superando la fornitura di combustibili. Quasi tre quarti dei 5,4 milioni di posti di lavoro creati nel settore energetico dal 2019 riguardavano l'elettricità. La sola produzione di veicoli elettrici e batterie ha aggiunto quasi 800.000 posti di lavoro nel 2024 e in Cina circa il 40% dell'occupazione nel settore automobilistico è ora legata ai veicoli elettrici e alle batterie. Ciò che serve è una transizione equa : riqualificazione professionale, sostegno regionale per le comunità sorte attorno a una singola raffineria o bacino carbonifero e onestà sul fatto che alcuni posti di lavoro non saranno sostituiti uno a uno.

IV. La risposta

"Elettrificare o non elettrificare" non è, in fin dei conti, una questione binaria. La vera domanda non è se elettrificare, ma dove e come possiamo rendere l'elettrificazione sostenibile ed ecocompatibile.

Elettrifichiamo ciò che si presta bene all'elettrificazione – trasporto su strada, mobilità urbana, navigazione a corto raggio, porti, riscaldamento – e lo facciamo in fretta, perché la tecnologia è pronta e il ritardo si misura ormai in vite umane e raccolti. Per i settori più impegnativi – aviazione a lungo raggio, navigazione oceanica, industria pesante – perseguiamo alternative concrete invece di illuderci che le batterie arriveranno in tempo. E ricordiamo che l'elettrificazione è pulita solo quanto la rete elettrica che la alimenta: un'auto elettrica alimentata a carbone senza abbattimenti è una soluzione parziale, non completa.

L'economia petrolifera ci ha dato il mondo moderno. Ma ci ha anche dato un super El Niño che si sta formando su un pianeta riscaldato. La scelta che si presenta alle nazioni e alle aziende non è tra prosperità e sacrificio. È tra gestire una transizione in modo deliberato – con riqualificazione professionale, investimenti e lungimiranza – o subirne una imposta da tempeste, siccità, beni immobilizzati e raccolti disastrosi.

La tragedia di Amleto fu la paralisi: un intelletto in grado di prevedere ogni conseguenza e che quindi non agiva in base a nessuna di esse. La nostra sarebbe la stessa, solo con un termometro che sale alle stelle. L'elettrificazione non è qui per sostituire al 100% veicoli, navi e aerei alimentati da motori a combustione interna (non può), ma per offrire un'alternativa; semplicemente coesistono. Essere elettrificati o no? Forse ognuno di noi ha una risposta diversa.

Progettazione di elettroliti per batterie al litio con LiFSI: svantaggi e strategie di miglioramento

2026-09-29 | Jerry Huang

Riepilogo

Il bis(fluorosolfonil)immide di litio (LiFSI) è ampiamente considerato il sale di litio di nuova generazione destinato a sostituire l'esafluorofosfato di litio (LiPF₆) negli elettroliti delle batterie agli ioni di litio e al litio metallico. La sua superiore stabilità termica, l'elevata conduttività ionica e l'eccellente resistenza all'idrolisi lo rendono particolarmente interessante per applicazioni di ricarica rapida e a temperature estreme. Tuttavia, diverse criticità, in particolare la corrosione del collettore di corrente in alluminio, gli elevati costi di produzione, l'instabilità dell'interfaccia catodo-elettrolita (CEI) e i problemi di sicurezza termica, ne ostacolano l'adozione su larga scala. Questo articolo fornisce un'analisi completa di questi svantaggi e passa in rassegna le più recenti strategie di miglioramento riportate in letteratura fino al 2026.

1. Introduzione

La transizione globale verso batterie al litio ad alta densità energetica, con l'obiettivo di raggiungere valori superiori a 300 Wh kg⁻¹ per i veicoli elettrici, ha imposto requisiti senza precedenti alle prestazioni degli elettroliti. Gli elettroliti convenzionali a base di LiPF₆, pur essendo predominanti nelle celle commerciali, presentano una scarsa stabilità termica (decomposizione al di sopra di ~80 °C), una forte sensibilità all'idrolisi (con generazione di HF corrosivo) e un'inadeguata conduttività a basse temperature. Queste carenze diventano particolarmente acute negli scenari di ricarica rapida, dove le correnti elevate generano un significativo riscaldamento ohmico che spinge l'elettrolita oltre la sua finestra di stabilità.

Il LiFSI (LiN(SO₂F)₂) si è affermato come un'alternativa interessante. L'anione FSI⁻ presenta una carica negativa altamente delocalizzata su due gruppi solfonilici, con conseguente bassa energia reticolare, elevata dissociazione e, di conseguenza, una conduttività ionica superiore, tipicamente del 15-30% rispetto al LiPF₆ a 25 °C (~10,2 mS cm⁻¹). La sua temperatura di decomposizione termica supera i 200 °C e la sua resistenza all'idrolisi è nettamente migliore di quella del LiPF₆. Queste proprietà hanno reso il LiFSI un additivo standard, e sempre più spesso un sale primario, nelle formulazioni di elettroliti a ricarica rapida.

Tuttavia, dietro questa promessa si celano significative sfide ingegneristiche che devono essere risolte prima che il LiFSI possa sostituire completamente il LiPF₆ su larga scala.

2. Principali svantaggi del LiFSI

2.1 Corrosione del collettore di corrente in alluminio

La limitazione più critica e ampiamente studiata del LiFSI è la sua incompatibilità con il collettore di corrente in lamina di alluminio (Al) utilizzato sul lato catodico delle celle agli ioni di litio.

Meccanismo. Negli elettroliti convenzionali a base di LiPF₆, l'anione PF₆⁻ si decompone ad alti potenziali (>4,0 V rispetto a Li/Li⁺) formando un sottile strato passivante di fluoruro di alluminio (AlF₃) sulla superficie dell'alluminio. Questo film è insolubile nei solventi organici e previene efficacemente ulteriore corrosione. Al contrario, l'anione FSI⁻ non genera uno strato di passivazione stabile. Invece, FSI⁻ attacca il film nativo di Al₂O₃, causando corrosione per vaiolatura e, in caso di cicli prolungati, una dissoluzione del substrato di alluminio definita "simile all'osteoporosi".

Dipendenza da tensione e temperatura. La corrosione è fortemente aggravata da potenziali elevati (>4,3 V) e temperature elevate (>55 °C). Gli ioni Al³⁺ disciolti possono migrare attraverso l'elettrolita verso il lato anodico, dove partecipano a reazioni parassite, un fenomeno noto come "degradazione da crosstalk" che accelera il decadimento della capacità e l'aumento dell'impedenza.

Vulnerabilità dell'acciaio inossidabile. Oltre all'alluminio, un recente lavoro di Yan et al. (Nature Communications, 2026) ha dimostrato che l'FSI⁻ può anche destabilizzare lo strato di ossido passivante sui collettori di corrente in acciaio inossidabile (SUS), causando una grave dissoluzione del metallo in condizioni di cicli ad alta tensione.

2.2 Elevati costi di produzione

Il LiFSI rimane significativamente più costoso del LiPF₆. Alla fine del 2025, il prezzo di mercato del LiFSI era di circa 250.000 RMB/tonnellata (circa 25 USD/kg equivalenti sfusi), circa il doppio di quello del LiPF₆ (circa 130.000 RMB/tonnellata). Il costo di produzione varia da 120.000 a 200.000 RMB/tonnellata, ed è determinato da:

• Sintesi complessa a più fasi che coinvolge reazioni di fluorurazione, solfonazione e imidazione con rigorosi requisiti di purezza.

• Bassa resa complessiva dovuta a reazioni secondarie e alla difficoltà di rimuovere le impurità in tracce (ad esempio, cloruro residuo, umidità).

• Elevati costi di trattamento ambientale — circa 10.000 RMB per tonnellata di rifiuti — dovuti ai sottoprodotti contenenti fluoro e agli effluenti acidi.

Nelle formulazioni di elettroliti in cui il LiFSI costituisce una frazione crescente del contenuto di sale (con alcuni elettroliti a ricarica rapida che utilizzano il LiFSI come sale primario), il costo del sale può rappresentare oltre il 60% del costo totale di produzione dell'elettrolita, rendendo la riduzione dei costi un ostacolo critico all'adozione su larga scala.

2.3 Instabilità dell'interfaccia catodo-elettrolita (CEI) e fessurazione del catodo

Il percorso di decomposizione di FSI⁻ differisce fondamentalmente da quello di TFSI⁻ o PF₆⁻. In condizioni ossidative sulla superficie del catodo, i legami S–F in FSI⁻ possono subire scissione, generando specie come SO₂ e vari frammenti di fluorosolfonato. Il film CEI risultante tende ad essere meccanicamente fragile e insufficientemente protettivo ad alte tensioni.

Tong et al. (Materials Today, 2025) hanno riportato che gli elettroliti a base di LiFSI possono indurre microfratture nei fogli degli elettrodi catodici, in particolare negli ossidi stratificati ad alto contenuto di nichel (NMC811, NCA). Queste crepe espongono una superficie catodica fresca all'elettrolita, innescando una continua decomposizione dell'elettrolita, la dissoluzione del metallo di transizione e la crescita dell'impedenza: un ciclo di degradazione autoaccelerante.

2.4 Comportamento di instabilità termica nei sistemi di ricarica rapida

Sebbene il LiFSI sia termicamente stabile (inizio della decomposizione >200 °C), il comportamento di fuga termica dei sistemi elettrolitici a base di LiFSI differisce dalle formulazioni convenzionali di LiPF₆. Una ricerca pubblicata su RSC Energy & Environmental Science (2025) ha rivelato che, dopo cicli di carica rapida prolungati, le celle a base di LiFSI presentano profili di generazione di calore e modelli di evoluzione dei gas alterati. I prodotti di decomposizione, tra cui SO₂ e HF, seguono cinetiche di rilascio diverse e i limiti di sicurezza termica della cella devono essere rivalutati anziché semplicemente estrapolati dai sistemi a base di LiPF₆.

2.5 Sfide di compatibilità con gli anodi a base di silicio

Sebbene il LiFSI contribuisca alla formazione di uno strato SEI ricco di LiF inorganico, generalmente vantaggioso per la robustezza meccanica, l'enorme espansione volumetrica degli anodi di silicio (~300%) durante la litiazione provoca ripetute fratture e riformazioni dello strato SEI. Ciò comporta un consumo continuo dell'elettrolita, una bassa efficienza coulombica iniziale e un rapido decadimento della capacità nel corso di cicli prolungati. L'interazione tra i prodotti di decomposizione del LiFSI e le superfici del silicio richiede un'attenta progettazione dell'elettrolita per ottenere una stabilità a lungo termine.

3. Strategie di miglioramento

3.1 Attenuazione della corrosione dell'alluminio

3.1.1 Sistemi elettrolitici a doppio sale e a sali multipli

L'approccio più maturo a livello industriale combina LiFSI con LiPF₆ in una formulazione a doppio sale. L'anione PF₆⁻ fornisce l'essenziale strato di passivazione AlF₃ sul collettore di corrente in alluminio, mentre LiFSI contribuisce con la sua superiore conduttività e stabilità termica. Kautz et al. (Journal of The Electrochemical Society, 2026) hanno dimostrato un elettrolita a doppio sale LiFSI–LiPF₆ ottimizzato con una struttura di solvatazione controllata che ha mostrato un'eccellente stabilità ciclica in un ampio intervallo di temperature, da temperature sotto zero a temperature elevate.

3.1.2 Additivi a base di borato

I sali di borato di litio, in particolare il difluoro(ossalato)borato di litio (LiDFOB) e il bis(ossalato)borato di litio (LiBOB), si sono dimostrati altamente efficaci come additivi inibitori della corrosione. Questi composti si ossidano preferenzialmente sulla superficie dell'alluminio, formando una pellicola protettiva che previene l'attacco da parte di FSI⁻. In particolare, Yan et al. (Nature Communications, 2026) hanno dimostrato che l'aggiunta di LiDFOB sopprime simultaneamente la dissoluzione sia dell'alluminio che dell'acciaio inossidabile in elettroliti a base di LiFSI, offrendo un meccanismo di doppia protezione.

3.1.3 Ingegneria della struttura di solvatazione

Un approccio più fondamentale prevede la ristrutturazione dello strato di solvatazione del Li⁺ per limitare l'accesso dell'FSI⁻ alla superficie di Al. Le strategie includono:

• Elettroliti ad alta concentrazione (HCE) : a concentrazioni saline molto elevate (>3 M), il numero di molecole di solvente libere si riduce drasticamente e gli anioni FSI⁻ si coordinano strettamente con Li⁺, limitando la loro attività nei confronti della corrosione dell'alluminio.

• Solventi eterei fluorurati : i diluenti fluorurati come il TTE (etere 1,1,2,2-tetrafluoroetil-2,2,3,3-tetrafluoropropilico) e alternative più recenti come l'HFTEP riducono la decomposizione ossidativa dell'elettrolita modificando al contempo l'ambiente di solvatazione per proteggere il collettore di corrente.

• Strutture di solvatazione a doppio anione : è stato dimostrato che l'introduzione di co-solventi come il tetraetilenglicole dimetil etere (TEGDME) insieme a LiNO₃ permette di costruire una struttura di solvatazione a doppio anione stabile per Li⁺. Il TEGDME contribuisce a coordinare FSI⁻ lontano dalla superficie di Al, mentre LiNO₃ potenzia le interazioni ione-dipolo Li⁺-solvente e genera un film di passivazione ricco di azoto sulla superficie del litio metallico. Questa doppia strategia ha permesso di raggiungere una ritenzione di capacità dell'89,6% dopo 400 cicli a 55 °C.

3.1.4 Additivi a base di liquidi ionici

I liquidi ionici contenenti anioni come DFOB⁻ e PO₂F₂⁻ sono stati studiati per affrontare simultaneamente la perdita di litio e la corrosione dell'alluminio. Nelle celle al litio metallico senza anodo che operano ad alte tensioni, questi additivi facilitano la formazione di interfacce protettive sia sulla superficie del catodo che su quella del collettore di corrente.

3.2 Riduzione dei costi

• Ottimizzazione del processo : la sintesi a flusso continuo, metodi di purificazione migliorati e percorsi assistiti da catalizzatori sono in fase di sviluppo per aumentare la resa e ridurre la produzione di rifiuti.

• Ampliamento della capacità produttiva e maturazione della catena di approvvigionamento : con l'espansione della capacità produttiva, in particolare in Cina, dove i principali produttori di elettroliti stanno investendo in linee di produzione di LiFSI, si prevede che le economie di scala ridurranno il divario di prezzo con il LiPF₆.

• Formulazioni di sali misti : l'utilizzo di LiFSI come sostituto parziale (ad esempio, frazione molare del 20-50%) anziché come sostituto completo riduce il costo del sale per cella, mantenendo al contempo la maggior parte dei vantaggi in termini di prestazioni.

3.3 Stabilizzazione dell'interfaccia catodo-elettrolita

3.3.1 Sistemi di solventi fluorurati

I solventi fluorurati hanno mostrato un potenziale eccezionale nel migliorare la stabilità degli elettroliti a scambio cationico (CEI). Liu et al. (Nature Energy, 2026) hanno dimostrato un elettrolita ibrido a base di liquido ionico fluorurato in cui un catione altamente fluorurato interagisce sinergicamente con anioni e diluenti per aumentare la stabilità ossidativa, consentendo un ciclo affidabile a tensioni superiori a 4,5 V.

3.3.2 Sistemi solventi a base di sulfonamidi

Un approccio innovativo di Xue et al. (Università di Xi'an Jiaotong, pubblicato su Advanced Materials, 2025) ha introdotto un elettrolita sulfonamidico misto composto da sale LiFSI e due solventi sulfonamidici, senza necessità di additivi aggiuntivi. Questo elettrolita forma un'interfaccia densa, ricca di componenti inorganici e auto-limitante sugli anodi di silicio durante la prima litiazione. In condizioni aggressive (cutoff di 4,5 V, capacità areale di 5 mAh cm⁻²), le celle a sacchetto NMC811||high-Si hanno raggiunto una ritenzione di capacità dell'80% dopo 1.150 cicli, rispetto ai soli 383 cicli con l'elettrolita industriale convenzionale.

3.4 Affrontare la sicurezza termica

• Gestione termica a livello di sistema : i sistemi di gestione termica delle batterie devono essere ricalibrati per gli elettroliti a base di LiFSI, tenendo conto delle loro specifiche temperature di innesco della fuga termica e dei profili di evoluzione dei gas.

• Ottimizzazione della formulazione dell'elettrolita : la regolazione dei rapporti tra i solventi e l'incorporazione di additivi ignifughi (ad esempio, composti contenenti fosforo) possono modulare il comportamento termico senza compromettere la conduttività ionica.

• Caratterizzazione mediante calorimetria a velocità accelerata (ARC) : è essenziale eseguire test completi di instabilità termica specifici per ogni formulazione di LiFSI, piuttosto che affidarsi all'estrapolazione da parametri di riferimento del LiPF₆.

3.5 Miglioramento della compatibilità dell'anodo di silicio

• Ingegneria degli elettroliti per un SEI robusto : combinazione di LiFSI con co-sali e sistemi di solventi su misura per formare un SEI che si adatti all'espansione di volume mantenendo il trasporto ionico.

• Strategie di pre-liziazione e SEI artificiale : l'integrazione dell'inventario di litio e la pre-formazione di uno strato interfacciale meccanicamente flessibile possono compensare l'instabilità iniziale del SEI associata al LiFSI sulle superfici di silicio.

• Ingegneria degli elettroliti per la regolazione dello strato SEI sugli anodi di silicio : un recente lavoro (OAE Publishing, EnergyZ, 2026) ha dimostrato che la combinazione di etilenglicole diglicidil etere (EGDE) con LiFSI aumenta l'accessibilità degli anioni modificando la coordinazione del Li⁺, migliorando così la stabilità dello strato SEI su particelle di silicio di dimensioni micrometriche.

4. Riepilogo e prospettive

Sfida 1 : Corrosione del collettore di corrente Al Causa : FSI⁻ non riesce a passivare la superficie Al Migliore mitigazione attuale : LiFSI + LiPF₆ a doppio sale + additivo LiDFOB Maturità : Adottato industrialmente

Sfida 2 : Elevato costo di produzione Causa : Sintesi complessa, bassa resa, trattamento dei rifiuti Migliore mitigazione attuale : Scalabilità + ottimizzazione del processo + sali miscelati Stato di avanzamento : In corso

Sfida 3 : instabilità CEI / cracking del catodo Causa : scissione del legame S–F ad alta tensione Migliore mitigazione attuale : solventi fluorurati, elettroliti sulfonamidici Maturità : validazione di laboratorio

Sfida 4 : rischio di instabilità termica causa : percorsi di decomposizione alterati durante la carica rapida . Migliore mitigazione attuale : gestione termica a livello di sistema + caratterizzazione ARC. Maturità : fase iniziale.

Sfida 5 : Incompatibilità dell'anodo di Si Causa : Frattura dello strato SEI durante l'espansione di volume Migliore mitigazione attuale : Elettroliti sulfonamidici misti, additivi EGDE Maturità : Validazione di laboratorio

La ricerca sui LiFSI si sta spostando dalla mitigazione passiva (protezione basata su additivi) alla progettazione molecolare attiva, ovvero all'ingegnerizzazione della struttura di solvatazione, del coordinamento anionico e della chimica interfacciale per eliminare alla radice le condizioni che causano corrosione e instabilità. Grazie ai continui progressi nella formulazione degli elettroliti e nell'ampliamento della produzione, i LiFSI si stanno trasformando da additivi di fascia alta per sistemi di ricarica rapida in un valido sale di litio primario di nuova generazione.

Nei prossimi anni assisteremo probabilmente alla convergenza di tre tendenze: (1) la maturazione di formulazioni a doppio e multi-sale che bilanciano costi e prestazioni, (2) l'emergere di nuovi sistemi solventi (sulfonamidi, eteri fluorurati, liquidi ionici) che affrontano le sfide relative all'interfaccia elettrolita-elettrolita (CEI) e alla corrosione alla loro origine molecolare e (3) la continua riduzione dei costi di produzione del LiFSI attraverso l'innovazione di processo e l'espansione della capacità produttiva. Insieme, questi sviluppi pongono il LiFSI al centro della prossima grande evoluzione nella tecnologia degli elettroliti per batterie al litio.

Riferimenti

[E1] Yan, P. et al. "Meccanismo e mitigazione della dissoluzione dell'acciaio inossidabile negli elettroliti a base di LiFSI." Nature Communications , 2026.

[E2] Liu, Q. et al. "Elettrolita liquido ionico fluorurato ibrido per batterie al litio metallico ad alta tensione." Nature Energy , 2026.

[E3] Kautz, DJ et al. "Elettrolita avanzato LiFSI–LiPF₆ per applicazioni ad ampia temperatura e ricarica rapida." Journal of The Electrochemical Society , 2026.

[E4] Tong, L. et al. "L'ascesa del bis(fluorosolfonil)immide di litio: un sale di litio efficiente per le batterie di nuova generazione." Materials Today , 2025.

[E5] Zhang, M. et al. "Sfide, strategie e prospettive nelle interfacce tra elettroliti allo stato solido ed elettrodi." EnergyZ (OAE Publishing) , 2026.

[E6] Chen, Y. et al. "Chimica della corrosione dell'alluminio nelle batterie al litio metallico ad alta tensione con elettroliti eterei a base di LiFSI." ACS Applied Materials & Interfaces , 2024.

[E7] Jang, T. et al. "Effetti delle strutture di solvatazione di Li⁺ sulla corrosione dell'alluminio negli elettroliti di etere fluorurato." PubMed , 2025.

[E8] Scheer, KM et al. "Dissoluzione anodica del collettore di corrente in alluminio nelle celle agli ioni di litio con LiFSI, LiPF₆ e LiBF₄." Journal of The Electrochemical Society , 2025.

[E9] Xue, W. et al. "Elettrolita sulfonamidico misto per batterie agli ioni di litio a lunga durata." Advanced Materials , 2025.

[E10] "Il meccanismo di instabilità termica delle batterie agli ioni di litio a ricarica rapida che utilizzano elettroliti a base di LiFSI." RSC Energy & Environmental Science , 2025.

[E11] Zhang, SS "Svelare il mistero del LiFSI come sale singolo in elettroliti a bassa-moderata concentrazione." Journal of Energy Chemistry , 2022.

[E12] "Evoluzione degli elettroliti: una tabella di marcia dalla struttura di solvatazione alle batterie di nuova generazione." Nano-Micro Letters (Springer) , 2026.

[E13] "Ingegneria degli elettroliti per la regolazione dello strato SEI sugli anodi di Si nelle batterie al litio." EnergyZ (OAE Publishing) , 2026.

Design dell'interfaccia a bassa pressione e durevole per batterie al solfuro a stato solido

2026-09-22 | Jerry Huang

Nota del redattore: Il 21 aprile 2026, il team dell'Accademico Xueliang Sun e di Changhong Wang presso l'Eastern Institute of Technology di Ningbo ha pubblicato un articolo di ricerca intitolato "Interfaccia elastomerica ionica per batterie a stato solido durevoli e a bassa pressione" sulla rivista Advanced Energy Materials. Questo studio propone una strategia di interfaccia elastomerica a conduzione ionica che realizza un'interfaccia composita combinando flessibilità meccanica e conduttività ionica, consentendo il funzionamento stabile di batterie a stato solido (ASSB) a bassa pressione esterna. L'elastomero ionico progettato, composto da SIBS (copolimero a blocchi stirene-isobutilene-stirene) e LiTFSI-G3 (bis(trifluorometansolfonil)immide di litio con triglime), presenta prestazioni complessive eccezionali: una conduttività ionica a temperatura ambiente di 0,3 mS cm⁻¹, una conduttività dell'elettrolita composito pari a 5,23 mS cm⁻¹, un basso modulo elastico di 29,8 MPa e un'eccellente stabilità termica (≥400 °C). Sfruttando questo design dell'interfaccia, la batteria offre una capacità iniziale di 200 mAh g⁻¹ a una bassa pressione di impilamento di soli 5 MPa e raggiunge un ciclo stabile per oltre 700 cicli a una velocità di 1C. Grazie agli sforzi dei ricercatori per fornire una soluzione chiave per il trattamento dell'interfaccia nelle batterie a stato solido a base di solfuro.

Astratto

Le batterie a stato solido (ASSB) rappresentano una promettente soluzione per i sistemi di accumulo di energia di prossima generazione, grazie alla loro elevata densità energetica e alla sicurezza intrinseca. Tuttavia, la loro implementazione pratica è ostacolata dalla necessità di un'elevata pressione esterna (tipicamente decine di megapascal) per mantenere il contatto interfacciale solido-solido e garantire la stabilità del ciclo a lungo termine. In questo lavoro, presentiamo un elastomero ionico specificamente progettato per consentire un funzionamento stabile delle ASSB a una pressione di accumulo notevolmente ridotta. L'elastomero combina una matrice polimerica meccanicamente flessibile con una fase ionicamente conduttiva, offrendo un'elevata conduttività ionica a temperatura ambiente (0,3 mS cm−1), un basso modulo elastico (29,8 MPa), un'eccellente stabilità termica (≥400 °C) e una forte compatibilità chimica con gli elettroliti allo stato solido a base di solfuro (SSE). Se integrato con SSE a base di solfuro, il composito presenta una notevole conduttività ionica a temperatura ambiente di 5,23 mS cm−1. L'incorporazione di questo composito nelle batterie a stato solido con catodi ad alto contenuto di nichel (Ni ≥ 90%) produce una capacità iniziale di 200 mAh g−1 a 0,05C e un'eccezionale stabilità ciclica per oltre 700 cicli a 1C a una bassa pressione di accumulo di soli 5 MPa. Questa strategia basata su elastomeri ionici attenua la degradazione elettrochimica e meccanica, elimina la necessità di alta pressione e offre un percorso scalabile verso tecnologie per batterie a stato solido pratiche e durevoli.

Ripercorriamo le attuali sfide relative all'interfaccia solido-solido nelle batterie a stato solido a base di solfuri:

Il problema dell'interfaccia solido-solido nelle batterie a stato solido a base di solfuro deriva fondamentalmente dall'incapacità dei solidi di "bagnare" e aderire in modo conforme l'uno all'altro come fanno gli elettroliti liquidi, con conseguente scarso contatto, reazioni interfacciali eccessive e formazione di crepe. Questo rappresenta l'ostacolo più formidabile nel passaggio delle batterie a stato solido a base di solfuro dal laboratorio alla produzione di massa. Le sfide specifiche possono essere classificate in tre categorie: carenza di contatto fisico, reazioni chimiche collaterali e cedimento meccanico.

Uno. Scarso contatto fisico: "circuito aperto" dei percorsi ionici

Contatto puntiforme : sia le particelle del catodo che quelle dell'elettrolita sono solidi rigidi; dopo la miscelazione, possono formare solo un contatto punto a punto con abbondanti vuoti interfacciali, il che porta all'ostruzione dei canali di trasporto degli ioni di litio e a un'elevata impedenza interfacciale.

Nessuna capacità di autoriparazione : nelle batterie a liquido, l'elettrolita fluisce per riempire gli spazi vuoti man mano che gli elettrodi si espandono e si contraggono; una volta che un'interfaccia solido-solido si stacca, la disconnessione è permanente.

Due. Numerose reazioni chimiche collaterali: "avvelenamento" dell'interfaccia.

Lato catodico : ad alte tensioni, gli elettroliti a base di solfuro sono soggetti a ossidazione e reagiscono con i materiali del catodo formando strati interfacciali a bassa conduttività (ad esempio, Li₂S, P₂Sₓ). Si forma anche uno "strato di carica spaziale": gli ioni di litio si esauriscono all'interfaccia, un po' come un improvviso limite di velocità in autostrada, causando un drastico aumento dell'impedenza.

Lato anodico : a contatto con il litio metallico, si verificano facilmente reazioni di riduzione, che producono sottoprodotti ad alta impedenza e favoriscono la crescita di dendriti di litio lungo i bordi dei grani, le quali possono penetrare nell'elettrolita e causare cortocircuiti.

Tre. Guasto meccanico: "Disintegrazione" dopo il ciclo di utilizzo.

Variazioni di volume : Durante i cicli di carica e scarica, i materiali degli elettrodi subiscono espansione e contrazione (gli anodi di silicio possono gonfiarsi di oltre il 300%). Dopo centinaia di cicli, le superfici di contatto solido-solido si incrinano e si delaminano, provocando un drastico calo della capacità.

Requisiti di pressione esterna : In laboratorio, il contatto interfacciale può essere mantenuto forzatamente applicando una pressione esterna di decine o centinaia di megapascal. Tuttavia, tali sistemi di pressurizzazione non possono essere impiegati nei veicoli. Raggiungere un contatto stabile a pressione zero o bassa durante la produzione di massa rimane una formidabile sfida ingegneristica.

In particolare, gli elettroliti a base di solfuro sono estremamente sensibili all'umidità: l'esposizione all'acqua rilascia gas tossico di H₂S. Ciò rende necessario che l'intero processo produttivo venga condotto in atmosfera inerte o in condizioni di punto di rugiada estremamente basso, complicando ulteriormente la progettazione dell'interfaccia.

Riferimento

https://doi.org/10.1002/aenm.202504652

Elettroliti di nuova concezione consentono di realizzare batterie al litio con una densità energetica superiore a 700 Wh/kg.

2026-03-27 | Jerry Huang

Nota dell'editore: i materiali di nuova sintesi offrono opportunità per nuovi elettroliti che consentono alle celle a sacchetto al litio metallico di raggiungere densità di energia superiori a 700 Wh/kg a temperatura ambiente e circa 400 Wh/kg a -50 °C. Il sale di litio LiFSI svolge un ruolo molto positivo nella progettazione degli elettroliti. Un sentito ringraziamento all'eccellente ricerca e all'approccio del professor Jun Chen e del team di Qing Zhao dell'Università di Nankai. Quali differenze e ispirazioni può apportare la loro ricerca? Scopriamolo insieme.

Astratto

Negli ultimi decenni, i solventi elettrolitici per dispositivi elettrochimici sono stati dominati da ligandi a base di ossigeno (O) e azoto (N), per i quali l'interazione dipolo-ione (Li+, Na+ e così via) solitamente pone le basi per la dissociazione e il trasporto degli ioni, ma ostacola il processo di trasferimento di carica all'interfaccia elettrolita-elettrodo. In questo lavoro, sintetizzando alcani con strutture monofluorurate, dimostriamo che i ligandi a base di fluoro (F) con ingombro sterico e basicità di Lewis progettati consentono la dissoluzione di sali a concentrazioni superiori a 2 mol/L. Tra questi, l'elettrolita agli ioni di litio a base di 1,3-difluoropropano (DFP) possiede tutti i vantaggi per batterie ad alta densità energetica e a bassa temperatura, tra cui bassa viscosità (0,95 cp), elevata stabilità all'ossidazione (>4,9 V) e conduttività ionica di 0,29 mS/cm a -70 °C. Incorporando atomi di fluoro nel primo guscio di solvatazione, la debole coordinazione F–Li+ facilita il processo di deposizione/dissoluzione del litio con un'efficienza coulombica (CE) fino al 99,7% e una densità di corrente di scambio di un ordine di grandezza superiore rispetto alla coordinazione O–Li+ a −50 °C. Gli elettroliti consentono inoltre il funzionamento di celle a sacchetto al litio metallico con una quantità di elettrolita inferiore a 0,5 g/Ah, raggiungendo densità di energia superiori a 700 Wh/kg a temperatura ambiente e circa 400 Wh/kg a −50 °C. Gli elettroliti a base di idrofluorocarburi (HFC) presentati in questo lavoro offrono un approccio praticabile per la costruzione di sistemi elettrochimici che vanno oltre la chimica di coordinazione tradizionale.

Riferimento

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10210-6

Ultime notizie: batteria allo stato solido scalabile per una carica completa in 5 minuti presentata al CES 2026

2026-01-07 | Jerry Huang

Notizie dal Consumer Electronics Show (CES) 2026 di Las Vegas: la startup finlandese Donut Lab ha presentato il suo prodotto "high-tech" dirompente all'annuale fiera CES. L'azienda afferma che la sua batteria è la prima batteria a stato solido (ASSB) prodotta in serie al mondo. Al CES 2026, Donut Lab ha annunciato il lancio di quella che definisce la prima batteria al mondo interamente a stato solido, pronta per la produzione OEM e che sarà la prima ad essere applicata ai modelli di motociclette TS Pro e Ultra di Verge Motorcycles. Se effettivamente verranno consegnate ai clienti, rappresenteranno un'importante pietra miliare nel percorso di elettrificazione globale, segnando il passaggio della tecnologia a stato solido dal laboratorio alla produzione di massa. In un comunicato stampa pubblicato sul suo sito web ufficiale, Donut Lab ha dichiarato di impegnarsi nell'innovazione e nella fornitura di nuove soluzioni di elettrificazione, spingendo costantemente i limiti delle prestazioni dei veicoli elettrici e introducendo sul mercato nuove tecnologie. Donut Lab sta plasmando il futuro della mobilità. "Ora, Donut Lab è onorata di lanciare la prima batteria a stato solido al mondo utilizzabile nella produzione di veicoli OEM. La batteria a stato solido di Donut Lab sarà immediatamente impiegata commercialmente, fornendo energia all'attuale gamma di motociclette Verge."

Secondo quanto riportato, la batteria a stato solido di Donut Lab offre una densità energetica di 400 Wh/kg, consentendo una maggiore autonomia, una struttura più leggera e una flessibilità senza precedenti nella progettazione di veicoli e prodotti.

La batteria può essere caricata completamente in soli 5 minuti senza bisogno di limitare la carica all'80% e supporta scariche complete sicure, ripetibili e affidabili.

A differenza delle tradizionali batterie agli ioni di litio, questa batteria a stato solido offre una "minima perdita di capacità" nel corso della sua vita utile. Si afferma che sia stata testata fino a 100.000 cicli di carica, garantendo una durata effettiva di gran lunga superiore alle tecnologie esistenti. La sicurezza è un altro elemento fondamentale: niente elettroliti liquidi infiammabili, niente reazione termica incontrollata e niente dendriti metalliche! Questo elimina alla base la causa degli incendi delle batterie, rendendola estremamente sicura e davvero rivoluzionaria. Donut Lab ha dichiarato che le prestazioni della batteria sono state rigorosamente testate a temperature comprese tra -30 e oltre 100 gradi Celsius (mantenendo il 99% della capacità "senza segni di accensione o degrado").

In termini di materie prime e costi, Donut Lab afferma che le sue batterie a stato solido sono interamente realizzate con "materiali abbondanti, economici e geopoliticamente sicuri", privi di elementi rari, e costano meno delle alternative agli ioni di litio. Tuttavia, Donut Lab non specifica i materiali specifici necessari per produrre la propria cella di batteria a stato solido.

Antuan Goodwin, giornalista esperto del settore automobilistico, ha avuto modo di vedere da vicino il prototipo di batteria a stato solido di Donut Lab al CES di quest'anno. Secondo la sua presentazione, le dimensioni di questa batteria sono simili a quelle di uno smartphone con schermo grande (come l'iPhone 17 Pro Max) e il suo peso è estremamente ridotto. Questa batteria ultraleggera si presta particolarmente bene all'impiego futuro nei droni.

Secondo il suo piano, Donut Lab intende realizzare una soluzione per combinare queste batterie in unità di alimentazione più grandi da 5 kWh; ciascuna unità avrà dimensioni simili a quelle della console di gioco PS5. Le sue dimensioni ridotte consentiranno l'installazione di quattro di queste unità di alimentazione nel telaio della motocicletta Verge TS Pro. Questo design innovativo beneficia di un motore elettrico circolare integrato nella ruota, annunciato da Donut Lab lo scorso anno. Lunedì, Donut Lab e Verge Motorcycles hanno annunciato che le motociclette Verge saranno i primi veicoli prodotti in serie al mondo equipaggiati con questa nuova batteria. La moto vanta un tempo di ricarica di soli 10 minuti, offrendo un'autonomia fino a 60 chilometri per minuto di ricarica. La versione Verge Ultra può percorrere fino a 600 chilometri con una singola carica. Considerando che la batteria ha una durata di 100.000 cicli, si può ipotizzare un'autonomia totale di 60 milioni di chilometri. Anche percorrendo 60.000 chilometri all'anno, questa batteria potrebbe teoricamente durare 1.000 anni. Alcuni dicono che sembra "troppo bello per essere vero".

"Donut Lab ha progettato una nuova batteria a stato solido ad alte prestazioni, denominata Donut Battery, che può essere prodotta su larga scala e che è già in uso sulle motociclette Verge Motorcycles, in circolazione dal primo trimestre del 2026." Il prezzo della Verge TS Pro parte da 29.900 dollari. Oltre all'installazione nelle motociclette elettriche, le batterie a stato solido sono ovviamente più promettenti nell'applicazione ai veicoli elettrici. Goodwin ha affermato che i vantaggi di questa tecnologia sono più significativi nei veicoli di grandi dimensioni: la riduzione del peso e il miglioramento della velocità di ricarica mostreranno un effetto raddoppiato nell'utilizzo. Donut Lab ha annunciato lunedì che collaborerà con l'azienda di veicoli elettrici WattEV per creare una piattaforma modulare ultraleggera per veicoli elettrici che combina la tecnologia del motore e della batteria di Donut.

"Le batterie a stato solido sono sempre state descritte come qualcosa di 'imminente, a pochi anni di distanza'", ha affermato Marko Lehtimäki, amministratore delegato di Donut Lab. "La nostra risposta è diversa. Sono pronte oggi. Non più tardi."

Per una migliore comprensione, analizziamo le batterie attualmente in uso commerciale. Nell'industria delle batterie esiste da sempre il "Trilemma (di Mundell)" o "Trinità Impossibile", che si riferisce alla difficoltà di bilanciare simultaneamente i tre indicatori chiave delle batterie (prestazioni, costi e sicurezza). Ottimizzare uno di questi indicatori spesso implica sacrificare gli altri, o addirittura entrambi.

In confronto, la densità energetica delle migliori batterie agli ioni di litio commerciali varia da circa 250 a 300 Wh/kg, con una durata tipica di circa 5000 cicli. Per prolungare la durata della batteria, spesso non è consigliabile caricarla oltre l'80%. Se tutte le caratteristiche della batteria Donut sono vere, essa supera sostanzialmente la tecnologia esistente sotto ogni aspetto.

Quali progressi hanno fatto finora gli altri produttori di batterie? Quali potrebbero essere i loro piani per la produzione di massa delle loro batterie a stato solido? Sunwoda ha annunciato nell'ottobre 2025 una batteria a stato solido polimerica di nuova generazione con una densità energetica di 400 Wh/kg, che ha una durata di soli 1200 cicli; la super batteria Shenxing di seconda generazione, rilasciata da CATL nell'aprile 2025, è stata anch'essa commercializzata con un'autonomia di 520 chilometri con una ricarica di 5 minuti. La durata del ciclo della sua batteria LFP di quinta generazione è di circa oltre 3000 cicli.

Inizialmente Toyota aveva previsto la produzione di massa della sua batteria interamente a stato solido per il 2020, ma in seguito la data è stata posticipata al 2023, poi al 2026 e ora al 2027-2028. Anche Samsung SDI si è posta l'obiettivo di realizzare una batteria interamente a stato solido scalabile entro il 2027.

CATL ha un piano che prevede l'avvio della produzione su piccola scala di batterie interamente allo stato solido nel 2027 e su larga scala intorno al 2030. Hyundai e Kia affermano che ciò non avverrà prima del 2030. Bloomberg NEF prevede che anche entro il 2035 le batterie interamente allo stato solido rappresenteranno solo circa il 10% della quota di mercato globale, proveniente da veicoli elettrici e impianti di accumulo di energia.

Investitori e società di consulenza restano ottimisti sulla domanda di litio nel 2026

2025-12-17 | Jerry Huang

Negli ultimi anni il mercato globale dei veicoli elettrici ha raggiunto un tasso di crescita relativamente "razionale", parallelamente al calo mondiale dei sussidi ai veicoli elettrici, che ha portato a una domanda di sali di litio più debole del previsto nello stesso periodo di tempo.

Di recente, la società di consulenza Adamas Intelligence ha previsto che, con l'entrata della popolarità dei veicoli elettrici in una fase relativamente matura, la crescita della domanda di sistemi di accumulo di energia diventerà il "fattore di fluttuazione chiave" che influenzerà la produzione di batterie, che a sua volta determinerà la domanda di litio nel 2026. Citigroup, UBS e Bernstein prevedono che questa espansione dei sistemi di accumulo di energia porterà il mercato globale del litio a scarseggiare il prossimo anno. La domanda di litio nel segmento degli impianti di accumulo di energia dovrebbe crescere del 55% il prossimo anno, superando di gran lunga l'aumento del 19% registrato dai veicoli elettrici.

Svelata un'altra tecnologia ecologica e a basso costo per il riciclaggio dei catodi LIB

2025-11-25 | Jerry Huang

Nota dell'editore: il rapido sviluppo dell'elettronica di consumo, dei veicoli elettrici e dell'accumulo di energia in rete ha portato a un'enorme domanda di batterie agli ioni di litio (LIB). Tuttavia, con una durata di soli 6-8 anni, si prevede che oltre 11 milioni di tonnellate di batterie scadranno entro il 2030, innescando pressioni senza precedenti sulle risorse, rischi ambientali e sfide economiche. Attualmente, i materiali catodici riciclati (in particolare gli ossidi metallici stratificati, LMO), contenenti elementi di alto valore come Li, Co, Ni e Mn, sono al centro di questi sforzi di riciclo.

Ecco un altro approccio presentato dal team di Quanquan Pang presso la PKU in collaborazione con il team congiunto di Jiasheng Meng presso la WUT sul riciclo dei catodi LIB esauriti, in particolare degli LMO. Un ringraziamento a tutti i ricercatori, con profondo rispetto.

In particolare, questo approccio LTMS-ECR elabora direttamente i catodi esausti ancora attaccati ai collettori di corrente in alluminio, senza dover frantumare gli elettrodi in "polvere nera" e semplificando notevolmente le fasi di pretrattamento.

Si sostiene che la tecnologia LTMS-ECR abbia il potenziale per raggiungere un'elevata redditività di 1,86 $/kg nel riciclaggio delle batterie esaurite grazie all'uso di elettroliti di sali fusi riutilizzabili e a basso costo e Li2O, insieme a sottoprodotti di alto valore Co3O4 e LiCl, mostrando un miglioramento di quasi dieci volte rispetto alle tecnologie pirometallurgiche e idrometallurgiche.

Le analisi sull'impatto tecnico, economico e ambientale dimostrano che LTMS-ECR presenta una notevole fattibilità economica e sostenibilità ambientale. L'elevata efficienza di recupero, il basso consumo energetico e il rispetto dell'ambiente rappresentano un percorso chimico rivoluzionario per il riciclo dei materiali catodici.

Astratto

Il riciclo elettrochimico (ECR) offre una strategia promettente che sfrutta l'energia rinnovabile per decostruire gli ossidi metallici stratificati (LMO) esausti. Tuttavia, gli attuali approcci ECR sono limitati al funzionamento ad alta temperatura (fino a 750 °C) utilizzando carbonati alcalini o cloruri fusi come elettroliti, con conseguente elevato consumo di energia per l'apporto di calore. In questo studio, viene proposto un elettrolita di cloroalluminato alcalino fuso a basso punto di fusione, composto da AlCl3–LiCl, che consente l'elettrolisi ECR a temperature fino a 150 °C. Grazie all'elevata solubilità del portatore di carica O2− nel fuso di cloroalluminato alcalino, il catodo dell'LMO subisce una destrutturazione elettrochimica riduttiva per produrre metalli di transizione elementari e cloruro di litio (LiCl). È importante notare che due prodotti sono insolubili nel fuso aggiunto di Li2O e possono essere separati mediante un semplice trattamento di lisciviazione in acqua. In particolare, incorporando un anodo inerte in TiN, le emissioni di CO2 durante l'elettrolisi vengono eliminate generando invece O2, contribuendo ulteriormente alla neutralità carbonica. Con l'approccio ECR con elettrolita a sali fusi a bassa temperatura (LTMS-ECR), si ottiene un elevato tasso di recupero del cobalto pari al 97,3% per LiCoO2. Analisi tecnico-economiche stimano che la tecnologia LTMS-ECR riduca il consumo energetico e le emissioni di CO2 di circa il 20% e sia quasi dieci volte più redditizia rispetto ai metodi convenzionali. L'approccio rappresenta un'alternativa rivoluzionaria per il riciclaggio efficiente dal punto di vista energetico, sostenibile ed economicamente sostenibile delle batterie agli ioni di litio esauste.

Riferimenti

https://doi.org/10.1002/adma.202512984

Cosa sta succedendo nel mercato del litio, in particolare nel LiPF6?

2025-10-31 | Jerry Huang

Negli ultimi quattro mesi, molti sali di litio, tra cui sali di base come il carbonato di litio e l'idrossido di litio, hanno visto un evidente aumento dei loro prezzi di mercato, così come LiPF6 e LiFSI, in base alla situazione della domanda e dell'offerta.

La domanda di sali di litio per l'accumulo di energia da parte del mercato interno è aumentata rapidamente nella seconda metà dell'anno, insieme alla crescente domanda di batterie al litio da parte del mercato dei veicoli elettrici, che in un settembre e ottobre, come al solito, registrano un boom, con una forte domanda di litio anche da parte dei produttori di batterie, a un ritmo di produzione quasi a pieno regime. Sorprendentemente, anche la domanda dai mercati esteri ha continuato a crescere. La forte domanda del mercato fornisce un supporto all'aumento dei prezzi dei sali di litio. Poiché il LiPF6 è ancora il principale sale per elettrolita nel mercato cinese, il suo prezzo ha continuato a crescere rapidamente, superando il prezzo del LiFSI nell'ottobre 2025. Abbiamo assistito a situazioni simili molte volte nella storia.

D'altro canto, la concorrenza sui prezzi degli ultimi anni ha portato alla sospensione della produzione da parte di molti produttori di sali di litio di medie e piccole dimensioni; alcuni dei principali produttori hanno inoltre interrotto parte della loro capacità produttiva, la cui ripresa richiederà due o tre mesi. Molti impianti e capacità di nuova progettazione non stanno funzionando come previsto. L'offerta di sali di litio è diventata temporaneamente limitata sul mercato, dopo un periodo di sovraccapacità durato un paio d'anni.

Poiché i prezzi dei sali di litio di base, come il carbonato di litio e l'idrossido di litio, hanno continuato ad aumentare negli ultimi quattro mesi, contemporaneamente sono aumentati anche i costi di LiPF6 e LiFSI.

Finora, il LiPF6 è stato il principale sale di litio per la produzione di elettroliti nel mercato interno cinese, il che rende la sua domanda attualmente più forte rispetto ad altri sali. Lo squilibrio tra domanda e offerta continuerà ad aumentare o si avvicinerà a un equilibrio nel prossimo futuro? Aspettiamo e vediamo.

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Svelato un materiale alogenuro economico, ad alta densità energetica e con un lungo ciclo di vita

2025-09-09 | Jerry Huang

Nota dell'editore: Nel campo dell'accumulo di energia, le batterie allo stato solido sono considerate la soluzione migliore per la tecnologia di accumulo di energia di nuova generazione, ma il loro sviluppo è stato a lungo limitato da critici colli di bottiglia nei materiali degli elettrodi. Le tradizionali batterie allo stato solido (ASSB) presentano tipicamente elettrodi composti da materiali attivi, elettroliti solidi e additivi conduttivi. Tuttavia, questi componenti inattivi (che occupano il 40-50% del volume degli elettrodi) non solo riducono la densità energetica, ma inducono anche reazioni interfacciali collaterali e aumentano la tortuosità del trasporto degli ioni di litio. Sebbene i design "All-In-One" (materiali che presentano elevata conduttività e attività elettrochimica) possano risolvere questi problemi, i materiali esistenti come gli ossidi (bassa capacità) e i solfuri (costo elevato) faticano a soddisfare i requisiti dei mercati futuri. Gli alogenuri offrono vantaggi in termini di basso costo ed elevata conduttività ionica, ma soffrono di conduttività elettronica e densità energetica insufficienti. Pertanto, lo sviluppo di materiali "all-in-one" che combinino elevate prestazioni elettrochimiche, scalabilità economica e stabilità meccanica è diventato una sfida critica.

Ecco un esempio eccellente. Un team dell'Università di Western Ontario in Canada fornisce una risposta rivoluzionaria nel suo studio su Nature: hanno progettato il primo materiale alogenuro al mondo, Li₁.₃Fe₁.₂Cl₄, dotato di capacità di autoriparazione dinamica e integrazione tre in uno (catodo/elettrolita/conduttore). Attraverso reazioni redox reversibili Fe²⁺/Fe³⁺ e un esclusivo meccanismo di transizione da fragile a duttile, questo materiale mantiene il 90% della capacità dopo 3.000 cicli, raggiungendo una densità energetica dell'elettrodo di 529,3 Wh kg⁻¹ (scalabile a 725,6 Wh kg⁻¹ con design compositi). Ancora più sorprendente, il suo costo è solo il 26% di quello degli elettrodi convenzionali. La radiazione di sincrotrone, insieme a simulazioni atomiche, ha rivelato per la prima volta un meccanismo di autoriparazione indotto dalla migrazione del ferro! Questo lavoro non solo svela un materiale di base per batterie allo stato solido, ma fornisce anche un esempio paradigmatico per un progetto "tutto in uno" che integra materiali, meccanica ed elettrochimica. Grazie al grande impegno di tutti i ricercatori.

Astratto

Le batterie allo stato solido richiedono catodi progettati in modo avanzato per realizzare il loro potenziale di elevata densità energetica e redditività economica. I catodi integrati all-in-one, che eliminano additivi conduttivi inattivi e interfacce eterogenee, promettono notevoli guadagni in termini di energia e stabilità, ma sono ostacolati da materiali privi di sufficiente conduttività Li+/e−, robustezza meccanica e stabilità strutturale. Qui presentiamo Li1.3Fe1.2Cl4, un materiale alogenuro conveniente che supera queste sfide. Sfruttando la redox reversibile Fe2+/Fe3+ e il rapido trasporto Li+/e− al suo interno, Li1.3Fe1.2Cl4 raggiunge una densità energetica dell'elettrodo di 529,3 Wh kg−1 rispetto a Li+/Li. Fondamentalmente, Li1.3Fe1.2Cl4 mostra proprietà dinamiche uniche durante il ciclo, tra cui la migrazione locale reversibile del Fe e una transizione da fragile a duttile che conferisce un comportamento autoriparante. Ciò consente un'eccezionale stabilità ciclica, mantenendo il 90% di ritenzione della capacità per 3.000 cicli a una velocità di 5 °C. L'integrazione di Li1.3Fe1.2Cl4 con un ossido stratificato ricco di nichel aumenta ulteriormente la densità energetica a 725,6 Wh kg−1. Sfruttando le vantaggiose proprietà dinamiche, meccaniche e di diffusione degli alogenuri "tutto in uno", questo lavoro stabilisce che gli alogenuri "tutto in uno" rappresentano una strada per catodi durevoli e ad alta densità energetica nelle batterie allo stato solido di prossima generazione.

Riferimenti

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09153-1