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E-Mobility: la batteria litio-zolfo per moltiplicare l’autonomia
Ancora una volta un’ispirazione biologica alla base di una nuova membrana che ha consentito alla batteria messa a punto dall’Università del Michigan di funzionare per gli oltre mille cicli necessari per alimentare un’auto elettrica. Offrendo nel contempo una capacità di 5 volte superiore alla tecnologia attuale.
Davvero una grande promessa per il mondo della mobilità elettrica, questa nuova batteria litio-zolfo dell’Università del Michigan. Con l’aiuto di “madre natura” un team di ricerca ha posto l’attenzione al design strutturale per risolvere uno dei problemi chiave dell’accoppiata Li–S.
1,000-cycle lithium-sulfur battery could quintuple electric vehicle ranges
Si tratta di una tecnologia che offre una capacità di accumulo 5 volte superiore a quelle delle tradizionali batterie ricaricabili agli ioni di litio. E con una maggiore densità energetica unitamente ad una riduzione dei costi determinata dall’impiego dello zolfo al posto del litio. Tutte caratteristiche che la propongono come soluzione molto interessante per l’accumulo elettrico. Dopo che per anni questa tecnologia si è scontrata con l’enorme ostacolo tecnico costituito dal bassissimo numero di cicli carica/scarica.
Il problema principale di questa tecnologia è costituito dalla progressiva perdita di materiale attivo dall’elettrodo. Il cosiddetto effetto shuffle del polisolfuro di litio, che ne diminuisce drasticamente la durata, con molti studi in corso per risolvere la questione.
Al riguardo il professor Nicholas Kotov sostiene che “Esistono diversi rapporti che rivendicano alcune centinaia di cicli per la batterie litio-zolfo. Ma ottenuti a scapito di altri parametri: capacità, velocità di carica, resilienza e sicurezza. La sfida al giorno d’oggi è realizzare una batteria che aumenti la velocità di cicli […] soddisfacendo molti altri requisiti, inclusi i costi”.
Nello specifico, la soluzione messa a punto dagli scienziati si basa su una nuova membrana ispirata alla struttura fibrosa della cartilagine. E composta da una rete di nanofibre aramidiche, riciclate dal Kevlar. Si tratta di una membrana che consente il passaggio degli ioni tra gli elettrodi, bloccando le particelle di polisolfuro di litio responsabili dell’effetto shuffle.
Multifactorial engineering of biomimetic membranes for batteries with multiple high-performance parameters
Al riguardo, uno dei coautori dello studio pubblicato in Nature Communications, Ahmet Emre, sostiene che “Ispirandoci ai canali ionici biologici, abbiamo progettato una sorta di autostrade per gli ioni di litio“.
Secondo lo stesso Kotov si tratta di un design “quasi perfetto”. Con la batteria bio-ispirata che ha evidenziato una capacità vicina al massimo teorico di 1268 mAh/g con oltre 3500 cicli di carica/scarica. Un nuovo dispositivo capace di gestire al meglio anche le temperature estreme della ricarica. Tuttavia, la vita potrebbe essere più breve con la ricarica rapida, avvicinandosi ai 1.000 cicli, traducibile in una durata equivalente di circa dieci anni.
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La Redazione di Ecquologia
