Il grafene cambia la storia delle batterie al litio

Avvolgendo in un foglio di grafene l’elettrodo di litio e carbonio, si ottiene una batteria al litio-zolfo più efficiente della classica tecnologia agli ioni di litio

Il grafene cambia la storia delle batterie al litio

 

(Rinnovabili.it) – E se il destino delle batterie al litio fosse quello di finire dalla culla alla tomba? E se il “killer” di questa tecnologia fosse proprio il grafene, materiale in cui si ripongono molte delle speranze per il futuro?

Secondo un gruppo di ricerca internazionale, formato da scienziati dell’Università di Cambridge e dell’Istituto di Tecnologia di Pechino, potremmo presto superare la fase degli ioni di litio per saltare direttamente all’era del litio-zolfo (Li-S). I ricercatori hanno trovato il modo, infatti, di superare il più grosso ostacolo per lo stoccaggio di energia con la tecnologia litio-zolfo. Il grimaldello che ha aperto le possibilità è stato il grafene, utilizzato come ponte tra i diversi componenti. Le batterie Li-S garantiscono infatti una maggiore densità energetica rispetto alle più tradizionali Li-ion. Se la trovata del gruppo di ricerca riuscirà ad uscire dai laboratori per entrare nel mercato, potrebbe costituire una mezza rivoluzione per diversi settori dell’energia pulita: favorirebbe lo sviluppo di tecnologie per immagazzinare energia solare ed eolica, così come sarebbe un ovvia (quanto benvenuta) novità rispetto alle batterie Li-ion degli autoveicoli elettrici.

 

Ma perché lo zolfo? La ragione principale è la sua economicità. Lo zolfo costa poco, ecco perché i ricercatori hanno cercato di sviluppare dispositivi di accumulo energetico che incorporano questo materiale. Inoltre ha alcune caratteristiche non trascurabili che lo rendono superiore agli ioni di litio: una maggiore tolleranza al sovraccarico, minore tossicità, peso inferiore. Ma c’è un problema: lo zolfo è fragile. Nelle batterie litio-zolfo convenzionali, gli elettroliti liquidi agiscono sul composto Li-S, sciogliendolo progressivamente. Ecco perché le batterie Li-S durano poco.

Per trovare una soluzione, alcuni tentativi sono già stati fatti in passato. L’ultimo è quello del binomio Cambridge-Pechino, che ha pubblicato i risultati su AIP – Apl Materials.

 

Come descritto nel documento, le batterie al litio sono tipicamente frenate dall’uso di un anodo di grafite e un catodo di ossido di cobalto. Al contrario, le batterie Li-S utilizzano un anodo di litio puro e un catodo di zolfo. Ma, come detto, lo zolfo si scioglie in fretta, e inoltre non ha una grande capacità di conduzione. Una soluzione promettente è l’uso di carbone poroso come “host” protettivo per lo zolfo nel catodo. Questo materiale può essere modellato a formare una sorta di gabbia protettiva per lo zolfo, che viene confinato all’interno della sua struttura porosa. Un fatto che ne garantisce maggiore durata, maggiore stabilità del ciclo e una più alta efficienza. Ma la conduttività, schermando lo zolfo con il carbonio, si abbassa ulteriormente. Ed è qui che entra in scena il grafene. Avvolgendo l’unità zolfo-carbonio in un foglio di grafene è possibile ottenere quella capacità conduttiva che mancava. La struttura di una gabbia porosa con connessioni conduttive è un progetto elettrodico promettente per le batterie ricaricabili.

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