Batterie al litio

Batterie al litio, superato un altro record

Un team di scienziati negli Stati Uniti ha sviluppato una nuova batteria al litio-metallo che mantiene la sua funzionalità per oltre 600 cicli
Batterie al litio, superato un altro record FASTWEB S.p.A.

Un'architettura particolarmente promettente per le batterie di nuova generazione utilizza puro metallo di litio, un materiale con un'eccellente densità di energia che potrebbe far viaggiare i veicoli elettrici parecchio più lontano, con ogni carica. Un gruppo di ricerca negli Stati Uniti ha compiuto un significativo passo avanti con questa tecnologia, proponendo un design per una batteria al metallo di litio che rimane funzionale per un numero record di cicli di ricarica.

L'idea alla base di questi tipi di batterie è quella di sostituire la grafite utilizzata nel componente anodico con puro metallo di litio, che può contenere fino a 10 volte l'energia.

Descritto come un materiale da sogno da alcuni ricercatori, il metallo di litio è visto come la chiave per aiutare a superare un collo di bottiglia chiave nell'accumulo di energia, ma gli scienziati hanno lottato con problemi di longevità e con le versioni sviluppate finora che si guastano rapidamente durante l'uso.

Uno dei motivi di tali fallimenti sono le complesse reazioni che si verificano attorno all'anodo, interessando un film sottile sopra di esso noto come interfase dell'elettrolita solido (SEI). Questo film controlla le molecole che entrano nell'anodo dalla soluzione elettrolitica, attraverso la quale gli elettroni viaggiano avanti e indietro da e verso l'altro elettrodo della batteria, noto come catodo.

In questo modo, questo ruolo di gatekeeper affida al SEI la responsabilità di prevenire reazioni chimiche indesiderate mentre la batteria viene ricaricata, e questo è il meccanismo preso di mira dagli scienziati del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti in un nuovo studio. Si pensa comunemente che caricare la quantità di litio nell'anodo fosse un modo per affrontare questo problema, ma il team ha avuto successo attraverso un altro approccio.

"Molte persone hanno pensato che il litio più spesso avrebbe consentito alla batteria di durare più a lungo", afferma Jie Xiao, autore corrispondente dell'articolo. “Ma non è sempre vero. C'è uno spessore ottimizzato per ogni batteria al metallo di litio a seconda dell'energia della cella e del design.

Gli scienziati hanno usato strisce molto sottili di litio come base per il loro anodo, ciascuna con una larghezza di appena 20 micron, molto più sottile di un capello umano. Questo anodo è stato inserito in una batteria a tasca con una densità di energia di 350 Wh/kg. Le migliori batterie agli ioni di litio in uso oggi hanno una densità da 250 a 300 Wh/kg, quindi sebbene 350 Wh/kg non siano inauditi nei circoli di ricerca, rappresenterebbero un netto miglioramento rispetto alle tecnologie attualmente disponibili.

Durante i test, il team ha scoperto che la batteria ha mantenuto il 76% della sua capacità dopo un record di 600 cicli. Gli stessi ricercatori avevano dimostrato una batteria al litio sperimentale che poteva funzionare per 50 cicli quattro anni fa, poi una capace di 200 cicli due anni fa. Questa attuale versione da record è un altro passo avanti fondamentale e, secondo il team, dura molto più a lungo di qualsiasi altra in fase di sviluppo in progetti di ricerca simili.

Il team attribuisce il successo del progetto al modo in cui le strisce più sottili facilitano una migliore SEI e quindi migliori interazioni tra l'elettrolita e l'anodo, rispetto alle strisce più spesse che soffocano importanti reazioni elettrochimiche. Avendo risolto un problema chiave relativo alle batterie al litio metallico, gli autori sperano di continuare a migliorare la tecnologia attraverso un consorzio multi-istituto noto come Battery500, che sta lavorando per una densità energetica di 500 Wh/kg.

"Il Consorzio Battery500 ha compiuto grandi progressi nell'aumentare la densità energetica e nell'estensione della durata del ciclo", afferma Stanley Whittingham, premio Nobel per la chimica 2019 e coautore dell'articolo. “Ma occorre fare molto di più. In particolare, ci sono problemi di sicurezza con le batterie al litio-metallo che devono essere affrontati. È qualcosa per cui il team di Battery500 sta lavorando duramente per risolverlo".

La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Nature Energy.

Fonte: newatlas.com
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