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Batterie litio-zolfo: performance interessanti
Una batteria al litio-zolfo di dimensioni più ridotte e più leggera riduce i costi e migliora le opzioni di riciclaggio. I ricercatori della Monash University hanno sviluppato un nuovo progetto di batteria al litio e zolfo con un anodo in lamina di litio rivestito di polimeri nanoporosi. Il risultato è la riduzione della quantità di litio necessaria in una singola batteria.
Con il passaggio alle energie rinnovabili come obiettivo da perseguire a livello globale, la necessità di soluzioni più sostenibili per lo stoccaggio dell’energia sta diventando un’esigenza cruciale.
Nel loro recente lavoro, il dottorando Declan McNamara, il professor Matthew Hill e il professor Mainak Majumder di Monash Engineering, insieme al dottor Makhdokht Shaibani della RMIT University, illustrano come l’applicazione del polimero nanoporoso direttamente sull’anodo della lamina di litio abbia creato un nuovo design di batteria. Una batteria che utilizza meno litio, ha più energia per unità di volume, dura più a lungo e avrà un prezzo dimezzato.
Le batterie al litio e zolfo (Li-S) sono una tecnologia emergente per l’accumulo di energia che utilizza litio metallico e zolfo per fornire più energia per grammo rispetto alle batterie agli ioni di litio. Sebbene le batterie Li-S siano altamente efficienti, il processo di reperimento, estrazione e trasporto del litio comporta un’impronta ambientale significativa. Perciò è importante utilizzarlo il meno possibile.
Anche le batterie Li-S hanno i loro limiti. In genere contengono un anodo di litio (elettrodo negativo) e un catodo di zolfo (elettrodo positivo) con uno strato di separazione. Quando la batteria si carica e si scarica, grandi quantità di litio e zolfo reagiscono tra loro, sottoponendo il metallo di litio a una forte sollecitazione.
Il dottorando e ricercatore capo Declan McNamara di Monash Engineering ha spiegato che il sottile rivestimento polimerico ha migliorato significativamente il numero di volte in cui la batteria può essere utilizzata.
“Il polimero contiene minuscoli fori di dimensioni inferiori a un nanometro – un miliardesimo di metro – che consentono agli ioni di litio di muoversi liberamente, bloccando al contempo altre sostanze chimiche che potrebbero attaccare il litio. Il rivestimento funge anche da impalcatura per il litio e lo aiuta a caricarsi e scaricarsi ripetutamente”.
“Il litio metallico è un po’ un’arma a doppio taglio. E’ pieno di energia, ma in una batteria difettosa questa energia viene sprecata in reazioni collaterali. D’altra parte, se l’energia viene incanalata correttamente, si possono creare incredibili dispositivi di accumulo di energia, più facili da realizzare. Questo rivestimento è un passo avanti verso batterie Li-S altamente efficienti e di facile produzione”, ha dichiarato McNamara.
Il nuovo design non richiede nichel o cobalto, eliminando la necessità di minerali che hanno un costo ambientale e sociale significativo.
Il professor Majumder ha aggiunto che questi sviluppi sono progressi promettenti verso un’adozione più diffusa delle batterie Li-S e di altri sistemi di accumulo dell’energia basati sul litio-metallo.
“Queste tecnologie di protezione diventeranno essenziali nella nostra ricerca di batterie ad alta densità energetica e sostenibili per il futuro”. Lo studio stabilisce una nuova struttura per proteggere il Li-metallo da un rapido decadimento o da un guasto irreversibile, che è stato il tallone d’Achille delle batterie Li-S“, ha dichiarato.
Il professor Hill ha dichiarato che la tecnologia potrebbe avere un impatto immediato.
“Il mercato dei veicoli elettrici, dei droni e dei dispositivi elettronici è in forte crescita. E questa ricerca è commercialmente pronta per la produzione a sostegno di questa crescita. Produrre in Australia batterie più economiche e più rispettose dell’ambiente sarebbe un ottimo uso di questa tecnologia. Non vediamo l’ora di collaborare con partner commerciali per svilupparla e produrla“, ha dichiarato.
Fonte articolo: Smaller, lighter lithium-sulphur battery lowers costs and improves recycling options – Monash University
La ricerca completa: A Nanoporous Permselective Polymer Coating for Practical Low N/P Ratio Lithium Metal Batteries – McNamara – 2023 – Advanced Sustainable Systems – Wiley Online Library
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