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Con un poco di zucchero… la batteria al litio-zolfo dura di più!
L’aggiunta di zucchero alle batterie al litio-zolfo le rende più leggere, durature e sostenibili
Le batterie agli ioni di litio sono essenziali nel settore dei trasporti, poiché trovano impiego nell’aviazione, nei veicoli elettrici e nei sottomarini, ma forse ora hanno trovato un valido rivale. Il Monash Energy Institute, che si occupa di ricerca per lo sviluppo di combustibili alternativi, con la collaborazione dell’agenzia nazionale della scienza dell’Australia CSIRO ha pubblicato uno studio sulle batterie al litio-zolfo nella rivista scientifica Nature Communications.
La ricerca effettuata dall’istituto pone le sue basi su un rapporto geochimico pubblicato più di 30 anni fa, in cui veniva illustrato come le sostanze a base di zucchero siano in grado di resistere alle degradazioni nei sedimenti geologici, formando forti legami con i solfuri. Il gruppo di scienziati che ha lavorato allo studio ha scoperto che aggiungendo un additivo a base di glucosio sull’elettrodo positivo è possibile stabilizzare la tecnologia delle batterie litio-zolfo, rendendole più durature, leggere e sostenibili rispetto a quelle agli ioni di litio.
Da tempo nel mondo scientifico gira la voce secondo cui le batterie litio-zolfo saranno la base per la prossima generazione di batterie, una tesi sostenuta anche dal professore Mainak Majumder del Dipartimento di ingegneria meccanica e aerospaziale dell’istituto, secondo il quale in meno di 10 anni la tecnologia delle batterie litio-zolfo potrebbe dare un forte contributo allo sviluppo dei veicoli elettrici, portando innovazione nei droni per la consegna e per l’agricoltura, grazie alla caratteristica della leggerezza, estremamente importante in questi casi.
Le batterie al litio-zolfo sarebbero state già in grado di immagazzinare da due a cinque volte l’energia delle batterie agli ioni di litio con lo stesso peso, ma il problema era che gli elettrodi si deterioravano velocemente e quindi le batterie si rompevano. Ciò accadeva principalmente per due ragioni: l’espansione e la contrazione dell’elettrodo di zolfo positivo lo indebolivano e lo rendevano inaccessibile al litio, e inoltre l’elettrodo di litio negativo veniva contaminato da composti di zolfo.
I ricercatori del Monash Energy Institute hanno pensato di aprire la struttura dell’elettrodo di zolfo per fargli sopportare l’espansione e renderlo più accessibile per il litio: incorporando dello zucchero nell’elettrodo sono riusciti a stabilizzare lo zolfo, impedendogli di muoversi e di ricoprire l’elettrodo di litio. Mantenendo una capacità maggiore rispetto alle batterie agli ioni di litio, i prototipi di celle di prova costruiti dal team hanno dimostrato di avere una durata di carica-scarica di almeno 1000 cicli. Ogni carica quindi dura più a lungo e anche la durata della batteria è estesa, come affermato da Yingyi Huang, uno degli autori della ricerca, che aggiunge un importante dettaglio: la realizzazione di queste batterie ha prestato attenzione anche alla sostenibilità, in quanto per la loro produzioni non sono necessari materiali particolari, tossici e costosi.
Ma, come afferma un altro autore della ricerca, il dott. Mahdokht Shaibani, se da un lato la ricerca del Monash Energy Institute ha portando a risultati fondamentali nel campo delle batterie, dall’altro rimangono aperte alcune questioni scientifiche circa la protezione dell’anodo di litio metallico, che dovranno essere risolte prima di poter arrivare ad utilizzare in larga scala la tecnologia delle batterie a litio-zolfo.
La ricerca effettuata dall’istituto pone le sue basi su un rapporto geochimico pubblicato più di 30 anni fa, in cui veniva illustrato come le sostanze a base di zucchero siano in grado di resistere alle degradazioni nei sedimenti geologici, formando forti legami con i solfuri. Il gruppo di scienziati che ha lavorato allo studio ha scoperto che aggiungendo un additivo a base di glucosio sull’elettrodo positivo è possibile stabilizzare la tecnologia delle batterie litio-zolfo, rendendole più durature, leggere e sostenibili rispetto a quelle agli ioni di litio.
Da tempo nel mondo scientifico gira la voce secondo cui le batterie litio-zolfo saranno la base per la prossima generazione di batterie, una tesi sostenuta anche dal professore Mainak Majumder del Dipartimento di ingegneria meccanica e aerospaziale dell’istituto, secondo il quale in meno di 10 anni la tecnologia delle batterie litio-zolfo potrebbe dare un forte contributo allo sviluppo dei veicoli elettrici, portando innovazione nei droni per la consegna e per l’agricoltura, grazie alla caratteristica della leggerezza, estremamente importante in questi casi.
Le batterie al litio-zolfo sarebbero state già in grado di immagazzinare da due a cinque volte l’energia delle batterie agli ioni di litio con lo stesso peso, ma il problema era che gli elettrodi si deterioravano velocemente e quindi le batterie si rompevano. Ciò accadeva principalmente per due ragioni: l’espansione e la contrazione dell’elettrodo di zolfo positivo lo indebolivano e lo rendevano inaccessibile al litio, e inoltre l’elettrodo di litio negativo veniva contaminato da composti di zolfo.
I ricercatori del Monash Energy Institute hanno pensato di aprire la struttura dell’elettrodo di zolfo per fargli sopportare l’espansione e renderlo più accessibile per il litio: incorporando dello zucchero nell’elettrodo sono riusciti a stabilizzare lo zolfo, impedendogli di muoversi e di ricoprire l’elettrodo di litio. Mantenendo una capacità maggiore rispetto alle batterie agli ioni di litio, i prototipi di celle di prova costruiti dal team hanno dimostrato di avere una durata di carica-scarica di almeno 1000 cicli. Ogni carica quindi dura più a lungo e anche la durata della batteria è estesa, come affermato da Yingyi Huang, uno degli autori della ricerca, che aggiunge un importante dettaglio: la realizzazione di queste batterie ha prestato attenzione anche alla sostenibilità, in quanto per la loro produzioni non sono necessari materiali particolari, tossici e costosi.
Ma, come afferma un altro autore della ricerca, il dott. Mahdokht Shaibani, se da un lato la ricerca del Monash Energy Institute ha portando a risultati fondamentali nel campo delle batterie, dall’altro rimangono aperte alcune questioni scientifiche circa la protezione dell’anodo di litio metallico, che dovranno essere risolte prima di poter arrivare ad utilizzare in larga scala la tecnologia delle batterie a litio-zolfo.
