Testato un nuovo approccio in grado di ridurre lo stress dei cicli di carica nei dispositivi litio-zolfo. Un miglioramento che potrebbe portare ad una vera rivoluzione nell'energy storage
Nuovi passi avanti per la stabilità della batteria litio zolfo
(Rinnovabili.it) – Oltre alla tecnologia a ioni di litio c’è tutto un mondo di innovazioni e architetture cellulari pronte a far progredire il settore dell’accumulo. Una di queste è rappresentata dalla batteria litio zolfo (Li-S). Si tratta di un tipo di dispositivo ricaricabile noto per la sua elevata energia specifica. Attualmente i migliori prototipi Li -S offrono energie specifiche dell’ordine di 500 W h / kg , dato notevolmente più elevato rispetto a quello delle batterie a ioni di litio oggi sul mercato (che si trovano invece nell’intervallo 150–250 Wh / kg).
La chimica di questi dispositivi possiede tuttavia un grande limite: le prestazioni energetiche si attenuano rapidamente quando l’elettrodo di zolfo viene caricato ai livelli richiesti a causa della sostanziale variazione di volume di litio e perdita del materiale attivo dal catodo. La conseguenza diretta è un ciclo di vita molto ridotto.
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Gli scienziati della Monash University, in Australia, sono convinti, però, d’aver trovato la strada giusta per commercializzare la più efficiente batteria litio zolfo mai realizzata, in grado di sovraperformare di oltre quattro volte le prestazioni degli attuali leader di mercato.
Mahdokht Shaibani del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale dell’ateneo, ha guidato un gruppo di lavoro internazionale che ha sviluppato una batteria Li-S ad altissima capacità con alte prestazioni e basso impatto mondiale. Nel dettaglio gli scienziati hanno utilizzato gli stessi materiali delle normali batterie agli ioni di litio riconfigurando tuttavia il design dei catodi di zolfo in modo da poter sopportare carichi di stress più elevati senza un calo della capacità o delle prestazioni complessive.
Ispirato da un’esclusiva architettura a ponte registrata per la prima volta nella lavorazione di polveri detergenti negli anni ’70, il team ha progettato un metodo che creava legami tra particelle che compensassero lo stress e offrissero un livello di stabilità finora sconosciuto. Il dispositivo si è dimostrato stabile per 200 cicli di carica-scarica, con un’efficienza coulombica superiore al 99%. I risultati della ricerca sono stati pubblicati in questi giorni sulla rivista Science Advances (testo in inglese), dopo che il team ha ottenuto il brevetto per il proprio processo di fabbricazione.
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Per Mainak Majumder, co-autore della ricerca, lo sviluppo raggiunto dal gruppo rappresenta un importante passo avanti per l’industria australiana dell’energy storage e, in futuro, per la telefonia, i veicoli elettrici, i computer e le reti solari. “La fabbricazione e l’implementazione delle batterie Li-S nelle automobili e nelle reti permetteranno di ottenere una parte più significativa di quei 213 miliardi di dollari in cui è stimata la catena del valore del litio australiano e rivoluzioneranno il mercato automobilistico”. “Questo approccio – ha aggiunto Matthew Hill – non solo favorisce metriche ad alte prestazioni e lunga durata, ma è anche semplice ed estremamente economico da produrre, utilizzando processi a base acquosa, e può portare a riduzioni significative dei rifiuti”.
