Batterie litio-zolfo allo stato solido, gli ultimi progressi scientifici
(Rinnovabili.it) – La leggerezza, l’elevata energia specifica (550 Wh/kg) e i costi contenuti hanno da sempre identificato le batterie litio-zolfo come uno dei più promettenti sostituiti della tecnologia a ioni di litio. Oggi rappresentano ancora un prodotto poco competitivo ma i miglioramenti messi in campo negli ultimi anni hanno riacceso la speranza di poter portare sul mercato linee concorrenziali. Non solo. Hanno spronato il mondo scientifico a puntare ancora più in alto verso una versione allo stato solido.
Perché passare da un’elettrolita liquido organico (proprio delle attuali Li-S) ad uno solido? Perché l’energia specifica potrebbe crescere esponenzialmente, fino ad un valore teorico di 2600 Wh/kg. Di fronte a questa cifra, sebbene abbastanza irrealistica nella pratica, ogni sforzo è giustificato. E gli sforzi messi in campo devono essere numerosi dal momento che le batterie litio-zolfo allo stato solido possiedono un grande difetto. Le caratteristiche intrinseche del catodo in zolfo, infatti, tendono a compromettere rapidamente le prestazioni complessive e la durata del dispositivo. Questo perché lo zolfo non solo è un cattivo conduttore di elettroni, ma il suo elettrodo subisce anche una significativa espansione e contrazione durante la carica e la scarica, portando a danni strutturali e ad una diminuzione del contatto con l’elettrolita solido.
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Un pizzico di iodio nel cristallo di zolfo
Per superare queste sfide, un gruppo di scienziati guidato da ricercatori del Sustainable Power and Energy Center della UC San Diego ha sviluppato un nuovo materiale catodico. Il team ha creato un cristallo composto da zolfo e iodio. Le molecole di quest’ultimo hanno la capacità di aumentare drasticamente la conduttività elettrica del catodo, rendendolo “100 miliardi di volte più conduttivo dei cristalli costituiti da solo zolfo”, scrive l’ateneo californiano.
Inoltre il nuovo materiale cristallino possiede un basso punto di fusione (65°Celsius) che gli permette di ri-fondersi facilmente dopo la carica per riparare le interfacce danneggiate. “Questa – spiega l’UC di San Diego – è una caratteristica importante per affrontare il danno cumulativo che si verifica all’interfaccia solido-solido tra il catodo e l’elettrolita durante ripetute operazioni di carica e scarica”. Per convalidare l’efficacia del nuovo catodo, i ricercatori hanno costruito una batteria litio-zolfo allo stato solido sperimentale e l’hanno sottoposta a ripetuti cicli di carica e scarica. Il dispositivo è rimasto stabile per oltre 400 cicli mantenendo l’87% della sua capacità iniziale. La ricerca è stata pubblicata su Nature (testo in inglese).