Batterie litio-zolfo Lyten, verso la prima Gigafactory
La nuova era delle ricaricabili Li-S è iniziata. Il 10 maggio Lyten, azienda attiva nel settore delle applicazioni di supermateriali, ha fatto sapere di aver iniziato a spedire i primi campioni delle sue celle litio-zolfo ad una serie di clienti potenziali, tra cui Stallantis e altri importi OEM automobilistici. La notizia concretizza un percorso iniziato nel 2015 dall’azienda, ma soprattutto rappresenta a tutti gli effetti uno dei più significativi passi avanti per portare la tecnologia dal laboratorio al mercato. Le batterie litio-zolfo di Lyten si inseriscono, infatti, in una lunga scia di studi, ricerche e prototipazioni che negli ultimi anni hanno portato questi dispositivi a superare le prestazioni delle tradizionali batterie a ioni di litio.
Batterie litio-zolfo: cosa sono e come funzionano
Le batterie litio zolfo sono dispositivi di accumulo elettrochimici composti da un anodo in litio metallico o grafene litiato (ma esistono versioni anche in carburo di silicio), un elettrolita liquido organico e un catodo composito di zolfo. Il meccanismo di carica e scarica si basa sulla conversione redox reversibile dello zolfo elementare.
Durante il processo di scarica, vengono rilasciati ioni di litio che migrano verso il catodo per reagire con lo zolfo formando polisolfuri a catena lunga come intermedi. Quest’ultimi vengono quindi convertiti in solfuro di litio (Li2S) al catodo. La reazione inversa che avviene durante il processo di carica riossida il Li2S a zolfo. Sulla carta questa chimica offre vantaggi innegabili a partire da elevate densità di energia (550 Wh/kg) e un’alta efficienza di carica/scarica. Senza contare che la realizzazione richiede materiali più economici e comuni del cobalto.
Inventate negli anni ’60, le batterie Li-S sono per molto tempo state frenate da un problema tecnico non indifferente: il cosiddetto effetto “shuffle” del polisolfuro, da cui dipende la progressiva perdita di materiale attivo dal catodo, in grado di determinare un ciclo di vita molto ridotto. Tuttavia, gli ultimi progressi nel campo hanno portato a catodi più stabili e attualmente la loro vita supera facilmente i 1.200 cicli di carica e scarica. Oggi le ricerche si stanno spingendo anche oltre, provando a sostituire l’elettrolita liquido con uno solido, grazie a cui l’energia specifica teorica lievita fino a 2600 Wh/kg.
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Grafene 3D per le batterie litio-zolfo di Lyten
Ma prima di spingerci ancora oltre, è opportuno focalizzarsi sullo stato dell’arte. Il panorama odierno vede diverse società, soprattutto negli USA, tese a commercializzare questa tecnologia, ma le batterie litio-zolfo di Lyten appaiono decisamente più avanti nel percorso.
La società ha progettato un catodo di zolfo e grafene 3D. Ed è proprio quest’ultimo materiale l’asso nascosto dell’azienda. Ottenuto catturando il carbonio dei gas serra, Lyten 3D Graphene è sintonizzabile, ossia può essere progettato a livello atomico per legarsi ad altri elementi della tavola periodica, ottimizzando così le proprietà termiche ed elettriche o personalizzando la porosità per migliorare resistenza e rigidità, ridurre il peso e molte altre caratteristiche.
L’anodo invece è un composito di litio metallico. Nel complesso la cella vanta una densità energetica che può arrivare ai 600 Wh/kg e, elemnto ancora più importante, può essere fabbricata nelle normali linee produttive delle ricaricabili a ioni di litio. Non solo. “La rimozione di nichel, cobalto e manganese dal catodo e della grafite dall’anodo significa una catena di approvvigionamento estremamente semplificata, consentendo la produzione di batterie ovunque e una distinta base inferiore del 50% rispetto agli ioni di litio”, spiega la società.
La prima line pilota di batterie Li-S
L’8 maggio Lyten ha spedito un campione delle sue celle a sacchetto da 6,5 Ah (velocità di scarica C/3, 25 °C) litio-zolfo a Stellantis e ad altri principali OEM automobilistici statunitensi ed europei per la valutazione. Nella sua linea pilota semiautomatica avviata nel 2023 San Jose, in California, produce anche celle Li-S cilindriche che dovrebbero essere consegnate per test esterni entro la fine dell’anno. Ma l’obiettivo è fare le cose in grande. Ecco perché sta già realizzando un impianto su scala giga con Turner Construction e SSOE per la produzione di campioni di celle di tipo C per il settore automobilistico.
“Questo traguardo è il risultato di anni di lavoro dedicato e innovazione da parte del team Lyten, e siamo solo all’inizio dell’ulteriore espansione delle capacità delle nostre celle batteria al litio-zolfo”, ha affermato Dan Cook, CEO e co-fondatore di Lyten. “Il mondo ha bisogno di una batteria pratica e destinata al mercato di massa, ed è ciò che stiamo costruendo con la nostra tecnologia al litio-zolfo”, ha affermato Celina Mikolajczak, Chief Battery Technology Officer di Lyten. “L’elettrificazione del mercato di massa e gli obiettivi net zero richiedono una maggiore densità di energia, un peso più leggero e batterie a basso costo che possano essere completamente reperite e prodotte su vasta scala utilizzando materiali locali abbondantemente disponibili. Quella è la batteria al litio-zolfo di Lyten”.