NOBEL CHIMICA 2019/ I “magnifici tre” che ricaricano i nostri telefoni ogni notte

- Elisabetta Bulla

Le ricerche dei chimici Goodenough, Whittingham e Yoshino hanno condotto alla costruzione delle batterie ricaricabili al litio che conosciamo

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Cina: i test per un treno sospeso alimentato al litio (LaPresse)

I vincitori del Premio Nobel per la Chimica 2019 sono John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham e Akira Yoshino “per lo sviluppo delle batterie al litio”. In particolare, John B. Goodenough, nato nel 1922 a Jena, in Germania, è la persona più anziana insignita del Premio Nobel e ha lavorato presso la University of Texas at Austin (Usa). M. Stanley Whittingham, invece, nato nel 1941 in Gran Bretagna, è Professore illustre alla Binghamton University, State University di New York (Usa). Akira Yoshino, infine, nato nel 1948 a Suita, in Giappone, è membro onorario della Asahi Kasei Corporation a Tokyo (Giappone) e Professore alla Meijo University di Nagoya (Giappone).

“Hanno reso possibile un mondo ricaricabile”, questa la motivazione data dall’Assemblea del Nobel al Karolinska Institutet a Solna. I tre studiosi hanno contribuito all’invenzione delle batterie al litio (o, più precisamente, degli accumulatori agli ioni di litio), oggi comunemente presenti nei telefoni cellulari, nei personal computer e nelle auto elettriche. “Attraverso il loro lavoro, i vincitori del premio per la Chimica di quest’anno hanno gettato le basi per una società senza fili e senza combustibili fossili”. Le batterie agli ioni di litio sono infatti ricaricabili, leggere, durevoli e possono essere utilizzate per immagazzinare energia da fonti rinnovabili, ad esempio energia solare o eolica, rendendo possibile una società senza combustibili fossili.

M. Stanley Whittingham ha sfruttato negli anni 70, durante la crisi energetica, il forte impulso del litio, in grado di liberare il suo elettrone esterno, e ha così sviluppato la prima batteria al litio funzionale. In particolare, ricercando dei superconduttori, ha scoperto un materiale estremamente ricco di energia, che ha usato per creare un catodo innovativo in una batteria al litio. Questo è stato realizzato con disolfuro di titanio che, a livello molecolare, ha spazi che possono ospitare ioni di litio. L’anodo della batteria, invece, era in litio-alluminio. Ciò ha portato alla nascita di una batteria che aveva letteralmente un grande potenziale, poco più di due volt. Tuttavia, il litio metallico è reattivo e la batteria era troppo esplosiva per essere praticabile.

John B. Goodenough, tra gli anni 70 e 80, ha raddoppiato il potenziale della batteria al litio, creando le condizioni necessarie alla costruzione di una batteria molto più potente e utile. Infatti, comprese che il catodo avrebbe avuto un maggior potenziale qualora fosse stato realizzato usando un ossido metallico, e non un solfuro metallico, utilizzato invece da Whittingham. Nel 1980 dimostrò che l’ossido di cobalto, intercalato agli ioni di litio, è in grado di produrre addirittura quattro volt.

Akira Yoshino, usando come base il catodo innovativo di Goodenough, creò la prima batteria al litio nel 1985, uscita sul mercato nel 1991, riuscendo ad eliminare il litio puro, reattivo, dall’anodo, usando invece il coke petrolifero, che può anch’esso esser intercalato agli ioni di litio. Quando caricò il coke petrolifero con elettroni, gli ioni di litio vennero attirati nel materiale; quando poi accese la batteria, gli elettroni e gli ioni di litio fluirono verso l’ossido di cobalto nel catodo, dal potenziale molto più elevato.

Il vantaggio delle batterie al litio è che queste ultime non sono basate su dannose reazioni chimiche che rompono gli elettrodi, ma sugli ioni di litio che scorrono avanti e indietro tra l’anodo e il catodo, tra gli elettrodi a cui sono intercalati, senza avviare una reazione con l’ambiente circostante e garantendo lunga vita alla batteria stessa.

Tutto ciò ha reso la batteria non solo attuabile e funzionante, ma anche leggera e ricaricabile centinaia di volte prima che si possa deteriorare.

L’uscita sul mercato delle batterie al litio (1991) rivoluzionò l’elettronica stessa. I computer diventarono portatili e si svilupparono nuovi mezzi tecnologici quali tablet e lettori MP3.

La batteria al litio, considerata ancora oggi la più efficiente, ha subito negli anni dei miglioramenti; tra questi, Goodenough ha sostituito l’ossido di cobalto con il fosfato di ferro, rendendo così la batteria maggiormente rispettosa dell’ambiente. Nonostante la sua età, infatti, egli continua tutt’oggi a ricercare batterie sempre più efficaci e sicure: la sua ultima invenzione è la “batteria di vetro” che, se confermata, dovrebbe essere nettamente migliore rispetto alle batterie al litio per densità di energia, intervallo di temperatura operativa e sicurezza.

Akira Yoshino, durante la conferenza stampa in cui si annunciavano i vincitori, ha detto: “la curiosità è stata il mio motore, la mia principale forza trainante”, mentre in un’altra intervista telefonica ha ribadito l’importanza di continuare a pensare e a riflettere, identificando in questo il segreto della sua creatività. Gli studiosi insigniti del Premio Nobel per la Chimica 2019 hanno contribuito, e contribuiranno, in maniera essenziale allo sviluppo di una società senza fili e senza combustibili fossili e hanno dimostrato come un fallimento non riesca a fermare la curiosità e il desiderio di scoprire e conoscere tipici dell’uomo.

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