Grazie all'impiego di nanotubi di carbonio porosi formati catodi compositi con un migliore contatto interfacciale con l'elettrolita solido
La rivincita dello zolfo nell’accumulo elettrochimico
(Rinnovabili.it) – Grazie ad un’elevata densità di energia, un’ottima sicurezza e al basso costo del suo componente numero uno, oggi le batterie litio-zolfo allo stato solido sono considerate uno dei dispositivi di accumulo elettrochimico di prossima generazione più promettenti. Tuttavia, la loro strada verso l’applicazione commerciale presenta ancora numerose sfide. A cominciare dall’intrinseca instabilità elettrochimica dei materiali elettrolitici a stato solido e dalla compatibilità interfacciale tra elettrodi ed elettroliti.
Oggi un gruppo internazionale di ricercatori, guidato dal Prof. Wu Jianfei dell’Istituto di bioenergia e tecnologia dei bioprocessi di Qingdao, presso l’Accademia cinese delle scienze, è riuscito a migliorarne le prestazioni. Come? Realizzando un nuovo catodo per questa tipologia di batterie allo stato solido.
Batterie Litio-zolfo allo stato solido, le sfide
Le batterie Litio-zolfo allo stato solido utilizzando lo zolfo come materiale attivo nel catodo e il litio come materiale attivo nell’anodo. Possono teoricamente fornire energia specifica superiore a 900 Wh/kg e, a differenza della versione con elettrolita liquido, presentano un’efficienza e un numero di cicli maggiori. Ma la minore conduttività ionica e lo scarso contatto interfacciale rappresentano ancora uno grosso limite alla commercializzazione di questa tecnologia.
Per superare il problema il team di scienziati ha sintetizzato nanotubi di carbonio poroso (P-CNT) da impiegare come matrice contenente zolfo, per una nuova tipologia di catodi compositi. I P-CNT sono in grado di agire da mediatore realizzando una tripla fase stabile tra zolfo, nanotubi stessi ed elettrolita a stato solido, in questo caso il Li6PS5Cl, materiale con elevata conduttività ionica. I test hanno mostrato la migrazione degli ioni litio all’interfaccia tra nanotubi di carbonio ed elettrolita solido era più semplice, a vantaggio dell’efficienza coulombiana e della stabilità del ciclo di carica e scarica
Le batterie Litio-zolfo allo stato solido basate su questi nuovi catodi hanno mostrato una capacità di 1.099,2 mA-h/g con una densità di corrente di 1,34 mA/cm2, riuscendo a mantenere il 70,4% della capacità iniziale dopo 1.400 cicli. Lo studio è stato pubblicato su ACS Applied Materials & Interfaces (testo in inglese).
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