Enea studierà l'uso di nanomateriali al carbonio per aumentare il numero di cicli di carica e scarica delle batterie litio-zolfo. Ogni passo avanti rappresenta un’opportunità per il futuro di auto elettriche, aviazione e storage di rinnovabili
I progressi made in Italy delle batterie litio zolfo
(Rinnovabili.it) – Nuovi passati avanti della ricerca italiana verso un efficace sostituto della tecnologia a ioni di litio. L’ENEA, Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile, sta portando avanti un lavoro dedicato alle batterie litio zolfo con l’obiettivo di renderle competitive con le attuali opzioni commerciali. La chimica litio zolfo offre di base dei vantaggi interessanti: oltre all’economicità e facilità con cui è possibile reperire lo zolfo, questi dispostivi di accumulo possiedono un’elevata densità di energia. A livello di laboratorio si è arrivati a energie specifiche dell’ordine di 500 Wh / kg , ben oltre quanto possono offrire oggi le batterie a ioni di litio, la cui densità di energia si aggira nell’intervallo 150–250 Wh / kg. In altre parole, possono accumulare la stessa quantità di elettricità delle loro concorrenti ma pesare meno della metà. Inoltre non contengono metalli pesanti o materie prime critiche, rendendo più facile il loro smaltimento.
Le prime applicazioni pratiche di questa tecnologia non mancano ma perché possano affermarsi sul mercato dei veicoli elettrici o dello storage di rete, è necessario risolvere prima uno dei maggiori svantaggi: la ridotta vita ciclica. Durante la fase di scarica, infatti, la batteria va incontro al cosiddetto “effetto shuttle”. Di che si tratta? Lo zolfo del catodo produce dei composti intermedi – i polisolfuri di litio – che risultano solubili nell’elettrolita; con il passare del tempo, quindi, l’elettrodo finisce letteralmente per scomparire disciolto nell’elettrolita. “Questo fenomeno – spiega la ricercatrice ENEA Mariasole Di Carli del laboratorio ENEA di “Sviluppo Processi Chimici e Termofluidodinamici per l’Energia” – innesca un processo ciclico che porta a consumare corrente senza che si abbia accumulo di energia e provoca una perdita irreversibile del materiale attivo (zolfo), una rapida diminuzione della capacità specifica con il progredire del numero dei cicli e una ridotta reversibilità tra il processo di carica e scarica”.
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Per risolvere il problema i ricercatori Enea studieranno l’utilizzo all’anodo di nanoparticelle in carbonio. Questi elementi sono dotati di un’elevata area superficiale, che permette loro di intrappolare i polisolfuri di litio. “Nei nostri laboratori – aggiunge Pier Paolo Prosini, esperto di accumulo elettrochimico presso l’Agenzia nazionale – sintetizzeremo nanomateriali a base carboniosa adatti a essere utilizzati nelle batterie litio zolfo, studieremo soluzioni elettrolitiche capaci di trasportare efficacemente ioni di litio e investigheremo l’interazione tra elettrodi ed elettrolita e il comportamento delle celle complete. In questo modo riusciremo a raggiungere la piena comprensione dei fattori che determinano la chimica di queste batterie innovative”.
Obiettivo ultimo del progetto, quello di produrre e testare batterie litio zolfo complete (con energia nominale fino a 1.0 Wh), assicurando le replicabilità del processo sul larga scala. Questa nuova linea di ricerca segue un recente brevetto ENEA sulle batterie litio zolfo che utilizza come legante idrosolubile (acquoso) la colla Vinavil. Un’intuizione che ha permesso di fare a meno, nella preparazione degli elettrodi, a di pericolosi solventi organici volatili (VOC).
“Sono tante le applicazioni ad alta densità di energia che potrebbero trarre beneficio dalla nuova generazione di batterie: ad esempio, l’accumulo di energia da fonti rinnovabili, ma potremmo aumentare l’autonomia di smartphone, tablet e computer e, in generale, di tutti i dispositivi elettronici”, aggiunge Di Carli. “Comunque, il mercato in cui potrebbero avere un notevole impatto è quello dell’aviazione, dove droni e aerei elettrici richiedono batterie sempre più potenti, a lunga durata e con grandi capacità di stoccaggio”.
