Migliorate le prestazioni delle batterie litio metallo

Un nuovo elettrolita sintetico, creato dagli scienziati della Stanford University, potrebbe aprire la strada alla prossima generazione di veicoli elettrici alimentati a batteria

batterie litio metallo
Credit: Hongxia Wang

Verso batterie litio metallo ad alta intensità energetica e di lunga durata

(Rinnovabili.it) – Le batterie litio metallo non sono ancora pronte a prendere il posto di quelle a ioni di litio, ma il divario prestazionale continua a ridursi. L’ultimo progresso in questo senso arriva dalla Stanford University. Qui un gruppo di scienziati progettato a livello molecolare un nuovo elettrolita che potrebbe aprire a questa tecnologia le porte del mercato delle ricaricabili.

“La maggior parte delle auto elettriche funzionano con batterie agli ioni di litio, tecnologia che sta rapidamente raggiungendo il suo limite teorico di densità energetica”, spiega Yi Cui, professore di scienza dei materiali e ingegneria e co-autore della nuova ricerca (testo in inglese)“Il nostro studio si è concentrato sulle batterie litio metallo, che sono più leggere e possono potenzialmente fornire più energia per unità di peso e volume”.

Il problema principale di questa tecnologia, normalmente impiegata in pile primarie e non ricaricabili, è proprio nell’elemento che le contraddistingue: l’anodo in litio metallico. Il materiale vanta una capacità circa 10 volte maggiore rispetto ad altre alternative anodiche. Allo stesso tempo però durante i cicli di carica e scarica, l’elettrodo al litio metallico reagisce con l’elettrolita liquido. Ciò provoca la crescita di microstrutture chiamate dendriti sulla superficie, che possono possono perforare il separatore della batteria provocando cortocircuiti.

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I ricercatori hanno trascorso anni cercando di affrontare il problema dei dendriti. “L’elettrolita è sempre stato il tallone d’Achille delle batterie litio metallo”, ha aggiunto il chimico Zhiao Yu, co-autore del lavoro. “Nel nostro studio, utilizziamo la chimica organica per progettare e creare razionalmente elettroliti nuovi e stabili per questi dispositivi”.

Yu e colleghi sono partiti da un elettrolita liquido, già disponibile in commercio, a cui hanno “aggiunto” atomi fluoro. “Abbiamo sfruttato la capacità del fluoro di attrarre elettroni per creare una nuova molecola che consentisse all’anodo di litio metallico di funzionare bene nell’elettrolita”. Il risultato è un nuovo composto sintetico, abbreviato con la sigla FDMB, facile da produrre e a basso costo.

Durante i test la batteria sperimentale ha mostrato un’efficienza coulombica del 99,98% e ha conservato il 90% della sua carica iniziale dopo 420 cicli di carica e scarica. Tradizionalmente questa tecnologia smette di funzionare dopo circa 30 cicli.

Per un potenziale utilizzo nell’elettronica di consumo, il team di Stanford ha anche testato l’elettrolita FDMB in celle a sacchetto prive di anodi. ”L’idea è quella di utilizzare litio solo sul lato catodico per ridurre il peso“, ha affermato il collega Hansen Wang. “La batteria priva di anodi ha funzionato per 100 cicli prima che la sua capacità scendesse all’80%; non buona come una batteria agli ioni di litio, che può durare da 500 a 1.000 cicli, ma è comunque una delle celle anode-free con le migliori prestazioni”.

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