Ioni di litio addio con la scoperta di un nuovo materiale per le batterie

A metà 2023 ci ha lasciato John B. Goodenough, inventore della batteria agli ioni di litio. Dai primi test del fisico e chimico statunitense, in collaborazione con i suoi colleghi, è passato tanto tempo. Con le moderne batterie che hanno raggiunto capacità di tutto rispetto e massimizzato la sicurezza, gli scienziati sono comunque alla ricerca di soluzioni capaci di migliorare ulteriormente la tecnologia attuale, tenendo conto soprattutto delle richieste di mercato sempre più elevate. Si pensi ai severi requisiti che devono soddisfare le batterie per i veicoli elettrici.

Secondo il Dipartimento dell’Energia statunitense, la domanda di batterie agli ioni di litio potrebbe aumentare di 10 volte entro il 2030. A fronte di questo dato, tuttavia, la realizzazione di queste batterie richiede grandi quantità di acqua ed energia, con evidenti impatti negativi sull’ambiente. Per questo motivo gli scienziati stanno lavorando per sviluppare batterie di prossima generazione che utilizzino volumi di litio nettamente inferiori.

Batterie con il 70% di litio in meno utilizzando il materiale scoperto da Microsoft e PNNL

Microsoft e il Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) hanno utilizzato il servizio Azure Quantum Elements che incorpora IA avanzata ed elaborazione cloud ad alte prestazioni per andare alla ricerca di nuovi materiali da sostituire o abbinare a quelli al momento sfruttati nelle batterie agli ioni di litio.

Con uno sforzo davvero limitato nel tempo (si parla, addirittura, di pochi giorni), gli esperti hanno individuato un materiale che potrebbe ridurre la quantità di litio utilizzato per realizzare le batterie fino al 70%. Un dato davvero eccezionale perché l’adozione su larga scala del nuovo materiale non solo ridurrebbe costi e impatto ambientale ma renderebbe le batterie ancora più sicure. A differenza delle attuali batterie agli ioni di litio, che usano un elettrolita liquido, le nuove sarebbero appunto più sicure servendosi di un elettrolita solido.

È vero che le batterie con elettrolita solido hanno prestazioni inferiori nel trasferimento di energia rispetto a quelle con elettrolita liquido. Anche il materiale appena scoperto non si sottrae a questo assunto.

Mentre gli aspetti legati alla chimica andranno adeguatamente soppesati e ottimizzati, la velocità con cui il team di esperti ha identificato il materiale innovativo mette in evidenza il potenziale trasformativo dell’IA e del cloud computing nella scoperta scientifica. Maggiori dettagli sono disponibili in questo video pubblicato su YouTube.

Cos’è Azure Quantum Elements e come ha permesso di velocizzare la ricerca

L’azienda di Redmond e gli studiosi del PNNL descrivono il risultato ottenuto come un traguardo straordinario. Azure Quantum Elements è una piattaforma progettata per accelerare la scoperta scientifica, migliorando la produttività della ricerca e delle fasi di sviluppo utilizzando flussi di lavoro che si avvantaggiano dell’elaborazione accelerata dall’IA e dell’integrazione con strumenti quantistici.

Così, lungo un processo concluso in pochi giorni (l’utilizzo di un approccio tradizionale avrebbe richiesto anni di lavoro…), Azure Quantum Elements è partito dall’analisi di 32 milioni di materiali inorganici potenzialmente utili per le batterie di futura generazione riducendo il numero di candidati a soli 18 nomi, in sole 80 ore. I filtri via via applicati hanno permesso di selezionare i materiali “giusti” in base alla loro stabilità, reattività e conducibilità dell’energia.

Tradizionalmente, la sintesi dei materiali comporta un processo lungo e laborioso, spesso ostacolato dalla mancanza di informazioni sui tentativi falliti. Gli strumenti di IA e HPC (elaborazione ad alte prestazioni) di Microsoft hanno radicalmente snellito questi passaggi, consentendo agli scienziati di concentrarsi sui candidati più promettenti.

Brian Abrahamson, chief digital officer presso il PNNL, sottolinea la vasta applicabilità e replicabilità dell’approccio utilizzato a un ampio ventaglio di applicazioni scientifiche.

Prima di vedere sul mercato batterie che ridurranno o elimineranno il litio ci vorrà del tempo. Ma non è questo il punto. La collaborazione tra Microsoft e PNNL pone una vera e propria pietra miliare nell’accelerazione delle scoperte scientifiche, unendo la potenza dei moderni paradigmi computazionali e dei modelli di IA specificamente addestrati per la chimica e la scienza dei materiali. Le soluzioni basate sull’IA, insieme con gli avanzamenti nella potenza di calcolo, suggeriscono che è possibile gestire e risolvere le sfide globali più critiche, in tempi contenuti.