Chi ha davvero inventato il litio ricaricabile

Molti hanno lasciato cadere il testimone prima che Sony riuscisse finalmente a tagliare il traguardo

Cinquant'anni dopo Dopo la nascita della batteria ricaricabile agli ioni di litio, è facile intuirne il valore. È utilizzato in miliardi di laptop, cellulari, utensili elettrici e automobili. Le vendite globali superano i 45 miliardi di dollari l’anno, e si dirigeranno verso i 100 miliardi di dollari nel prossimo decennio.

Eppure questa invenzione trasformativa ha impiegato quasi due decenni per uscire dal laboratorio, con numerose aziende negli Stati Uniti, in Europa e in Asia che consideravano la tecnologia ma non riuscivano a riconoscerne il potenziale.

La prima iterazione, sviluppata da M. Stanley Whittingham alla Exxon nel 1972, non andò lontano. Fu prodotta in piccoli volumi dalla Exxon, apparve a una fiera di veicoli elettrici a Chicago nel 1977 e servì per breve tempo come batteria a bottone. Ma poi la Exxon l'ha abbandonata.

Vari scienziati in tutto il mondo si impegnarono nella ricerca, ma per circa 15 anni il successo fu sfuggente. Fu solo quando lo sviluppo arrivò all'azienda giusta al momento giusto che iniziò finalmente il percorso verso il dominio del mondo delle batterie.

Akira Yoshino, John Goodenough e M. Stanley Whittingham [da sinistra] hanno condiviso il Premio Nobel per la Chimica 2019. A 97 anni, Goodenough era il destinatario più anziano nella storia dei premi Nobel. Jonas Ekstromer/AFP/Getty Images

All’inizio degli anni ’70, gli scienziati della Exxon predissero che la produzione globale di petrolio avrebbe raggiunto il picco nel 2000 per poi precipitare in un declino costante. I ricercatori dell'azienda furono incoraggiati a cercare sostituti del petrolio, perseguendo qualsiasi tipo di energia che non coinvolgesse il petrolio.

Whittingham, un giovane chimico britannico, si unì alla ricerca presso la Exxon Research and Engineering nel New Jersey nell'autunno del 1972. Entro Natale, aveva sviluppato una batteria con un catodo di disolfuro di titanio e un elettrolita liquido che utilizzava ioni di litio.

La batteria di Whittingham era diversa da qualsiasi cosa l'avesse preceduta. Funzionava inserendo ioni nel reticolo atomico del materiale dell'elettrodo ospite, un processo chiamato intercalazione. Anche le prestazioni della batteria erano senza precedenti: era ricaricabile e produceva un'energia molto elevata. Fino a quel momento la migliore batteria ricaricabile era quella al nichel-cadmio, che erogava al massimo 1,3 volt. Al contrario, la nuova chimica di Whittingham ha prodotto una sorprendente potenza di 2,4 volt.

Nell'inverno del 1973, i dirigenti aziendali convocarono Whittingham negli uffici della società a New York per comparire davanti a un sottocomitato del consiglio di amministrazione della Exxon. “Sono andato lì e l’ho spiegato: 5 minuti, 10 al massimo”, mi ha detto Whittingham nel gennaio 2020. “E nel giro di una settimana hanno detto, sì, che volevano investire in questo”.

La batteria di Whittingham, la prima batteria al litio intercalante, fu sviluppata alla Exxon nel 1972 utilizzando disolfuro di titanio per il catodo e litio metallico per l'anodo. Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences

Sembrava l'inizio di qualcosa di grosso. Whittingham ha pubblicato un articolo su Science; Exxon iniziò a produrre batterie al litio a bottone e un produttore di orologi svizzero, Ebauches, utilizzò le celle in un orologio da polso a carica solare.

Ma alla fine degli anni ’70, l’interesse della Exxon per le alternative petrolifere era scemato. Inoltre, i dirigenti dell'azienda pensavano che difficilmente il concetto di Whittingham avrebbe mai avuto un grande successo. Si sono lavati le mani dal bisolfuro di litio e titanio, concedendo in licenza la tecnologia a tre società produttrici di batterie: una in Asia, una in Europa e una negli Stati Uniti.

"Ho capito la logica per farlo", ha detto Whittingham. “Il mercato semplicemente non sarebbe stato abbastanza grande. La nostra invenzione era semplicemente troppo presto”.

Nel 1976, John Goodenough [a sinistra] si unì all'Università di Oxford, dove diresse lo sviluppo del primo catodo di ossido di litio cobalto. L'Università del Texas ad Austin

È stata la prima di molte false partenze per la batteria al litio ricaricabile. John B. Goodenough dell'Università di Oxford fu il successivo scienziato a raccogliere il testimone. Goodenough conosceva il lavoro di Whittingham, in parte perché Whittingham aveva conseguito il dottorato di ricerca. a Oxford. Ma fu un articolo del 1978 di Whittingham, “Chemistry of Intercalation Compounds: Metal Guest in Chalcogenide Hosts”, a convincere Goodenough che la punta di diamante della ricerca sulle batterie fosse il litio. [Goodenough è morto il 25 giugno all'età di 100 anni.]