Una nuova membrana di ispirazione biologica ha consentito alla batteria dell'Università del Michigan di funzionare per gli oltre mille cicli necessari per alimentare un'auto elettrica. Offrendo una capacità 5 volte superiore a quella degli ioni litio
La struttura fibrosa della cartilagine ispira nuove ottimizzazioni nella batteria litio-zolfo
(Rinnovabili.it) – La nuova grande promessa per il mondo dei veicoli elettrici? Arriva dalla batteria litio-zolfo dell’Università del Michigan. Qui, con l’aiuto di Madre natura, un team di scienziati ha messo mano al design strutturale per risolvere uno dei problemi chiave dell’accoppiata Li–S
Questa tecnologia offre di base una capacità di accumulo 5 volte superiore a quelle delle tradizionali ricaricabili a ioni di litio. La maggiore densità energetica unitamente ai costi ridotti – dovuti all’impiego dello zolfo al posto del litio – ne fanno una soluzione estremamente interessante per l’accumulo elettrico. Per anni, tuttavia, le batterie litio-zolfo si sono scontrate con un ostacolo tecnico enorme: il bassissimo numero di cilci carica/scarica.
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Il problema principale di questa tecnologia risiede nella progressiva perdita di materiale attivo dall’elettrodo (il cosiddetto effetto shuffle del polisolfuro di litio) che ne determina una breve vita di servizio. Ovviamente gli studi per aumentarne la durata non mancano. “Esistono diversi rapporti che rivendicano alcune centinaia di cicli per la batterie litio-zolfo, ma ottenuti a scapito di altri parametri: capacità, velocità di carica, resilienza e sicurezza”, spiega il professor Nicholas Kotov che ha guidato la ricerca statunitense. “La sfida al giorno d’oggi è realizzare una batteria che aumenti la velocità di cicli […] soddisfacendo molti altri requisiti, inclusi i costi”.
Una nuova membra per bloccare il polisolfuro di litio
La soluzione adottata dagli scienziati della Michigan University consiste in una nuova membrana ispirata alla struttura fibrosa della cartilagine e composta da una rete di nanofibre aramidiche, riciclate dal Kevlar. La membrana consente il passaggio degli ioni tra gli elettrodi ma blocca le particelle di polisolfuro di litio responsabili dell’effetto shuffle. “Ispirandoci ai canali ionici biologici, abbiamo progettato una sorta di autostrade per gli ioni di litio in cui i polisolfuri di litio non possono superare i pedaggi“, ha affermato il ricercatore Ahmet Emre, primo co-autore del documento pubblicato in Nature Communications.
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Secondo Kotov si tratta di un design “quasi perfetto”. La batteria bio-ispirata ha mostrato una capacità vicina al massimo teorico di 1268 mAh/g e oltre 3500 cicli di carica/scarica. Il dispositivo sa anche gestire le temperature estreme della vita automobilistica, dal calore della ricarica in pieno sole al freddo dell’inverno. Tuttavia, la vita nel mondo reale potrebbe essere più breve con la ricarica rapida, avvicinandosi ai 1.000 cicli. Un valore che dovrebbe equivalere ad una durata di dieci anni.
