Batterie al litio-zolfo potrebbero essere in grado di immagazzinare energia tre volte tanto rispetto a quelle agli ioni di litio

Un team di ricerca dell'università di Waterloo ha sintetizzato un prototipo di batteria ricaricabile al litio-zolfo, che grazie alla sua nanostruttura, può immagazzinare tre volte tanto rispetto alle batterie agli ioni di litio convenzionali, occupando lo stesso volume e rimanendo allo stesso tempo significativamente leggere e potenzialmente economiche da produrre.

Qaundo arriva per ridurre la nostra impronta di carbonio, una batteria ricaricabile pulita, ultra duratura può avere un enorme beneficio in un largo spettro di applicazioni, dall'immagazzinamento efficente di energia al trasporto pulito.

La sfida delle batterie al Litio-Zolfo.

Come le batterie agli ioni di litio, le batterie litio-zolfo immagazzinano la carica elettrica in un elettrodo durante la fase di carica e la rilasciano durante la fase di scarica. Comunque, la struttura atomica differente dei materiali presuppone che le reazioni chimiche reversibile richieste sono abbastanza differenti e difficili da ottenere.

In particolare, per ottenere le alte prestazioni le batterie litio-zolfo devono mantenere un contatto costante con un conduttore, come il carbone. Il team Nazar ha affrontato il problema a livello nanostrutturale usando carbonio mesoporoso, un materiale con una struttura porosa uniforme ad un livello nanoscopico.

Il team ha assemblato una nanostruttura di barre di carbonio separate da canali vuoti, lo zolfo è stato poi mescolato per riempire i piccoli spazi grazie a forze capillari. Tutto lo spazio è stato uniformemente riempito con lo zolfo, questo massimizza la superfice a diretto contatto con il carbonio ed aumenta l'efficenza della batteria.

Vantaggi e svantaggi delle celle litio-zolfo

Combinando con successo il litio e lo zolfo si fornisce una più alta densità energetica ed allo stesso tempo si riduce il costo dei materiali usati. Secondo un test interno, il materiale composito realizzato da Nazar può fornire all'incirca l' 84%  della capacità teorica dello zolfo, 3 volte la densità energetica dei catodi di litio. Questodovrebbe tradursi in batterie significativamente più efficeienti epiù leggere.

Quanto leggere? "Stimiamo che la densità energetica delle nostre pile sia circa 1200 Wh/kg solo per l'elettrodo positivo, che metterebbe la densità elettrica della pila di circa 500 Wh/kg o più, ma questo dipende dalle componenti della pila" dice il dott. Nazar. " Questo è un fattore di 3/5 volte le batterie agli ioni di litio. Comunque, la perdita di capacità può essere più che un problema, assieme alla bassa energia volumetrica e questi problemi hanno bisogno di essere affrontati maggiormente"

Qaundo è stato cheisto se le batterie litio-zolfo avessero potuto avere problemi, in particolare in termini di sicurezza. Il dott. Nazar ha detto che poichè le batterie litio-zolfo impiegano solitamente un elettrodo negativo fatto di litio, ci potrebbero essere delle preoccupazioni sulla sicurezza se l'elettrodo non è adeguatamante da uno strato di passivazione. Comunque il team di ricerca sembra ottimista sul fatto che questo problema non possa essere superato:" Altri hanno sviluppato la tecnologia di protezione dell'elettrodo negativo, ed anche dei separatori avanzati che dovrebbero far diminuire queste preoccupazioni. "Non siamo nella posizione di prevedere questa tecnologia in un ciclo a lungo termine ma siamo certamente speranzosi"

Infine, per quanto riguarda i costi di produzione, il dott. Nazar ha detto che , mentre i materiali sono certamente più economici di quelli impiegati nelle batterie agli ioni di litio, è difficile quantificare quanto più economiche le batterie litio-zolfo possano essere." E' evidente che le materie prime di base per l'elettrodo positivo (zolfo e carbonio) sono molto economiche, ma ci sono i costi associati al processo, all'elettrolisi, alla fabbricazione, etc. che sono altamente dipendenti dall'ottimizzazione dei materiali e dalla configurazione delle batterie".

Joe Martello