Batterie litio-zolfo per portatili sempre accesi

Alla Stanford University hanno sviluppato un catodo che può essere usato per realizzare batterie litio-zolfo con una densità energetica maggiore di quelle attuali. 

Nel 2007 (Batteria ai nanotubi in silicio: dura 20 ore) un gruppo di ricercatori guidati dal professore Yi Cui aveva realizzato un anodo composto da nanofili al silicio, che era in grado d'immagazzinare una carica 10 volte superiore rispetto alle batterie al litio tradizionali. Perché il dispositivo potesse dirsi completo, però, ci voleva un catodo in grado di contenere densità simili.

La risposta è stata un catodo sperimentale al solfide di litio (una forma non metallica del litio) con una densità energetica 10 volte superiore a quelli tradizionali. Teoricamente grazie all'unione di anodo e catodo si potrebbero realizzare batterie più sicure e con una durata quattro volte maggiore a quelle attuali. Infatti, sebbene la densità energetica dei due componenti sia così elevata, la batteria non può immagazzinare tanta energia perché il nuovo catodo ha una conduttività ampiamente inferiore rispetto alle soluzioni odierne.

Per quanto concerne la sicurezza, le batterie con litio metallico possono creare durante l'uso strutture a ramo che penetrano il sottile strato di polimero che separa i due elettrodi della batteria. Quando succede, la batteria può andare in corto circuito ed esplodere. Con il solfide di litio questo processo non si verifica.

Combinando il nuovo catodo con l'anodo sviluppato in precedenza, i ricercatori hanno realizzato una batteria con una scarica iniziale di 630 watt/ora per chilogrammo con ingredienti attivi. Questo dato rappresenta un incremento dell'ottanta percento circa nella densità energetica rispetto alle soluzioni attuali. Ulteriori miglioramenti (fino a quattro volte) sono teoricamente possibili ottimizzando gli elettrodi.

Ci sono anche dei problemi, però. La batteria non mantiene la carica a lungo. Dopo solo 5 cicli di carica e scarica, le celle perdono un terzo della capacità iniziale e cessano di funzionare dopo 40/50 cicli. Il problema sono i polisulfidi che si formano durante il processo. Alcuni test sul catodo, confrontati a quelli iniziali, hanno messo in luce che potrebbe essere stata qualche modifica da parte del team ad amplificare il problema dei polisulfidi. Per arrivare a un livello accettabile per il commercio, la batteria deve sopportare dai 300 ai 500 cicli di ricarica per l'elettronica di consumo e 1000 cicli per essere usata nelle automobili elettriche.

Per quanto riguarda l'entrata in produzione, c'è il grande problema dell'instabilità del solfide di litio a contatto con l'aria. Infatti, il catodo è stato realizzato in un container sigillato riempito di gas argon. Ovviamente questo ambiente non è riproducibile facilmente in grandi impianti di produzione.

"La combinazione di nanofili al silicio e solfide di litio è una buona idea", ha commentato John Affinito, chief technical officer di Sion Power Corporation, un'azienda al lavoro sulla stessa tecnologia. "Tuttavia come molte buone idee alla fine potrebbe non funzionare; hanno un lavoro duro davanti per renderla un'idea commercialmente praticabile".