Un team di ricercatori statunitensi ri-progetta l’architettura delle celle elettrochimiche Li-O2 per allungare la loro vita. Un progresso che sa di rivoluzione
Create negli USA le prime batterie litio-aria realmente funzionanti
(Rinnovabili.it) – Nuova chance per le batterie litio-aria. Confinate per oltre 40 anni nei laboratori di ricerca, queste pile hanno regalato più insuccessi che risultati incoraggianti, nonostante l’enorme mole di brevetti e pubblicazioni dedicategli a partire dal 2006. Ora un gruppo di ricercatori provenienti dall’Università dell’Illinois e dell’Argonne National Laboratory, negli USA, è riuscito a creare la prima cella elettrochimica litio-aria in grado di funzionare in un ambiente reale. Il merito è di un nuovo design che ha risolto l’ostacolo più grande per questa tecnologia: la stabilità chimica dei componenti.
Il lavoro è solo all’inizio, ma l’innovativo disegno strutturale – spiega l’ingegnere meccanico Amin Salehi-Khojin, co-autore della ricerca – “rappresenta una rivoluzione nella comunità delle batterie”.
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Le batterie litio-aria si basano sull’ossidazione del litio al livello dell’anodo e sulla riduzione dell’ossigeno al catodo. Questa associazione può teoricamente portare a celle con un’energia specifica da 5 fino a 15 volte superiore rispetto quella delle batterie agli ioni di litio oggi in commercio. Sfortunatamente tutti i progetti sperimentali si scontrano con sfide tecniche non da poco, a partire dall’ossidazione dell’anodo e dalla produzione di sottoprodotti dannosi sul catodo risultanti dalla combinazione degli ioni di litio con anidride carbonica e vapore acqueo nell’aria. Questi composti aderiscono progressivamente all’elettrodo rendendolo incapace di funzionare. Inoltre molti elettroliti acquosi sono volatili e possono evaporare nel tempo. Alcuni prototipi, infine, fanno affidamento su serbatoi di ossigeno puro, il che limita la loro praticità e pone seri rischi per la sicurezza dovuti all’infiammabilità del gas.
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Il team di ricerca statunitense ha superato queste sfide utilizzando una combinazione unica di anodo, catodo ed elettrolita al fine di prevenire l’ossidazione e l’accumulo di sottoprodotti sul catodo e consentendo alla batteria di operare in un ambiente naturale.
Nel dettaglio, hanno rivestito l’anodo con un sottile strato di carbonato di litio che consente agli ioni di entrare in maniera selettiva nell’elettrolita evitando che composti indesiderati lo raggiungano.
Sono poi passati alla struttura del catodo, il punto dove l’aria entra nella batteria. I vecchi progetti avevano dotato il catodo delle batterie litio-aria di una struttura reticolare spugnosa a base di carbonio: gli scienziati l’hanno rivestita con un catalizzatore di disolfato di molibdeno e hanno utilizzato un elettrolita ibrido (fatto di liquido ionico e dimetilsolfossido) per facilitare le reazioni litio-ossigeno, minimizzando invece le interazioni con altri elementi dell’aria e aumentando così l’efficienza della batteria. In un’atmosfera simile a quella dell’aria terrestre la nuova batteria ha dimostrato di poter funzionare per oltre 750 cicli di carica/scarica.
