Batterie litio-zolfo – Tre volte la potenza delle batterie al litio

Un team di ricercatori dell'Università di Waterloo ha realizzato il prototipo di una batteria ricaricabile al litio-zolfo che sfrutta una particolare struttura a livello nanoscopico che le consente di stoccare, a parità di volume, il triplo di potenza/energia rispetto ad una tradizionale batteria agli ioni di litio, con un peso significativamente inferiore e cost di produzione potenzialmente più bassi. La notizia merita approfondimenti …

nanobattery-litio-zolfo.jpgIl principio di funzionamento è lo stesso delle batterie agli
ioni di litio.
La carica elettrica viene immagazzinata in un elettrodo
durante la fase di ricarica, per poi essere rilasciata all'altro
elettrodo nella fase di scarica. La diversa struttura atomica dei materiali utilizzati implica però una serie
di sostanziali differenze nelle reazioni chimiche reversibili
necessarie per il funzionamento, ed alcune difficoltà per poter
realizzare una batteria che sia realmente efficiente.
Per ottenere una batteria ad elevate prestazioni, lo
zolfo deve poter restare in stretto contatto con un conduttore, come il
carbonio

I ricercatori hanno risolto il
problema su base nanoscopica, impiegando il carbonio mesoporo, un
materiale caratterizzato da una struttura porosa uniforme su scala
nanoscopica.
Hanno quindi assemblato una nanostruttura di steli di carbono separati da
canali vuoti, lo zolfo è stato quindi colato per riempire i piccoli
vuoti. Tutto lo spazio a disposizione è stato riempito in maniera uniforme con
lo zolfo, aumentando considerevolmente la superficie di contatto
diretto tra lo zolfo ed il carbonio, incrementando così l'efficienza della batteria.

La combinazione di litio e zolfo garantisce molta più densità di energia
e permette allo stesso tempo di ridurre il costo dei materiali utilizzati.
I test eseguiti dai ricercatori hanno dimostrato che il materiale composito
sintetizzato è in grado di fornire circa l'84% della capacità teorica
dello zolfo, ovvero tre volte la densità di energia dei catodi di
litio. Il risultato è quello di una batteria che può essere più
efficiente e leggera.

 


La densità di energia del solo elettrodo
positivo può arrivare a circa 1200 wh/kg; in base agli altri
componenti utilizzati per la realizzazione della cella si può così
arrivare ad una densità complessiva per cella di circa 500wh/kg, cioè dal 3 a 5 volte quella di una batteria convenzionale
agli ioni di litio.

A questo punto restano però alcuni problemi da risolvere, principalmente riguardo alla sicurezza. L'elettrodo negativo usato dalla batteria litio-zolfo è fatto di litio metallico e pertanto è
necessaria un'adeguata copertura per passivizzare
l'elettrodo ed evitare che si inneschino reazioni non volute e
potenzialmente dannose. L'ostacolo sembra essere comunque facilmente
superabile, dal momento che altre realtà hanno già avuto modo di
sviluppare tecnologie di passivazione efficienti che potrebbero essere utilizzate anche in questo caso.

Per avere dei costi di produzione indicativi occorre procedere ancora con lo sviluppo, infatti i materiali grezzi impiegati per la realizzazione di
questa batteria al carbonio e zolfo sono più economici rispetto a
quelli delle batterie di litio, ma altri elementi
relativi ai processi coinvolti e legati all'ottimizzazione dei
materiali e alla configurazione della batteria, non possono ancora essere valutati correttamente.

Vi rimandiamo alla pubblicazione ufficiale.

Fonte: Hwupgrade

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