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SINGAPORE
07.09.20 - 22:450

Le batterie al litio-zolfo ora sono più stabili e performanti

Un team di ricercatori ha creato un elettrolita semisolido per batterie litio-zolfo più sicure e ad alte prestazioni

Un team di ricercatori del NanoBio Lab (NBL) della A*STAR (Agency for Science, Technology and Research) di Singapore ha sviluppato una nuova batteria al litio-zolfo più stabile delle soluzioni precedenti, senza tuttavia comprometterne le prestazioni. Aumentano così le possibilità di applicazione di questo tipo di batteria ad un’ampia gamma di dispositivi elettronici o soluzioni per lo stoccaggio dell’energia.
La capacità e le prestazioni sono importanti nelle batterie, ma anche la sicurezza rappresenta un elemento fondamentale. In effetti, rispetto alle batterie agli ioni di litio classiche, quelle al litio-zolfo a stato solido presentano due sostanziali vantaggi: sono molto più sicure perché utilizzano un elettrolita solido che non tende a prendere fuoco e, a parità di peso, permettono di stoccare fino a cinque volte la quantità di energia di un’attuale batteria.
Tuttavia, fino ad oggi, questa tecnologia non è stata utilizzata su vasta scala per colpa del veloce deterioramento dei materiali impiegati, che porta a una durata troppo breve della vita delle batterie. Inoltre, lo scarso contatto tra elettrodo ed elettrolita e la limitata conducibilità ionica rappresentano importanti colli di bottiglia in termini di prestazioni.
Come ha spiegato la professoressa Jackie Y. Ying, a capo dell’NBL, «gli elettroliti ibridi quasi solidi composti sia da componenti liquidi che solidi sono emersi come un compromesso pratico per ottenere batterie più sicure mantenendo buone prestazioni. Tuttavia, l’elevata resistenza del componente solido ha finora limitato le prestazioni di tali batterie. Per ovviare a questo, abbiamo riprogettato la microstruttura del componente solido. La nostra soluzione elimina la perdita di elettroliti ed è termicamente e meccanicamente stabile».
Il team ha così progettato un elettrolita quasi solido ibrido che comprende una membrana porosa a infusione liquida costituita da fogli Li7La3Zr2O12, meglio noto come LLZO. I ricercatori, inoltre, hanno messo a punto un nuovo metodo, denominato “cupcake”, per realizzare le lastre LLZO adoperate per costruire la struttura per l’elettrolita. LLZO è stato scelto per la sua alta conducibilità ionica e la buona stabilità chimica ed elettrochimica. La struttura non rigida dell’elettrolita gli permette di mantenere un contatto molto buono con gli elettrodi e ne impedisce la rottura durante l’assemblaggio e la gestione della batteria.
Tutto ciò porta a batterie più sicure con prestazioni elevate. Il nuovo elettrolita semisolido, poi, si è dimostrato stabile su un ampio intervallo di tensione, cosa che ne favorisce l’uso con diversi materiali, inclusi catodi ad alta tensione. La batteria al litio-zolfo di nuova concezione, infatti, ha già mostrato alta capacità, velocità elevata nelle operazioni di carica e scarica e grande stabilità.
«La nostra struttura basata su fogli 3D è risultata cruciale per le prestazioni ottimali della batteria. Inoltre, il nostro sistema ha dimostrato un’eccezionale stabilità a temperature estreme. Questi risultati illustrano l’eccellente potenziale della nostra struttura basata su fogli come base per la realizzazione di batterie al litio semi-solide», ha dichiarato Ying. Ora il team di ricerca sta lavorando per una rapida commercializzazione della propria soluzione.

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