Le batterie al litio-zolfo sono una soluzione di accumulo di energia estremamente promettente con il tipo di densità che potrebbe vedere gli smartphone funzionare per cinque giorni. Gli scienziati continuano a fare progressi entusiasmanti che avvicinano queste batterie sempre più alla realtà commerciale. L'ultimo tipo arriva dai ricercatori della Monash University australiana, che hanno sviluppato un nuovo componente di strato che si modella come un pezzo critico di un puzzle, offrendo a questi dispositivi sia un'alta capacità che una lunga durata.
La promessa delle batterie al litio-zolfo va oltre il loro potenziale di contenere più energia su ogni carica, tra due e cinque volte quella dei dispositivi agli ioni di litio rispetto al peso. Le batterie agli ioni di litio si basano su metalli come cobalto, manganese e nichel, e l'approvvigionamento di questi materiali comporta costi ambientali e umanitari e si prevede che le forniture saranno messe a dura prova mentre il mondo si sposta verso il trasporto elettrico.
Lo zolfo, al contrario, è abbondante ed economico, ma le batterie che lo caratterizzano hanno sofferto di problemi di stabilità derivanti da una reazione chimica che avviene durante il ciclo. Durante il funzionamento, si formano piccole particelle chiamate polisolfuri che causano problemi all'anodo della batteria e riducono drasticamente la durata del dispositivo.
Abbiamo visto alcune soluzioni promettenti a questo problema, che includono l'integrazione di fibre di Kevlar per inibire il movimento delle particelle di polisolfuro e l'utilizzo di una rara fase chimica dello zolfo per prevenirne del tutto la formazione. Il team della Monash University ha trovato successo nell'adottare un altro approccio, concentrandosi sullo strato separatore che si trova tra i due elettrodi della batteria.
Gli scienziati hanno sviluppato una nuova versione di questo importante componente con una chimica superficiale unica e una rete uniforme di pori che soffoca il movimento dei polisolfuri. Altrettanto importante è l'effetto che questo strato ha sul trasporto degli ioni di litio, promuovendo il loro movimento per migliorare notevolmente i tassi di carica e scarica del dispositivo.
"Un componente della batteria al litio si trova al centro della batteria e mantiene gli elettrodi separati, aiuta il litio a passare da un lato all'altro della batteria più velocemente", ha spiegato il professor Matthew Hill, che ha guidato la ricerca. "Il nuovo componente supera i tassi di carica e scarica più lenti delle batterie al litio-zolfo della generazione precedente". Sembrerebbe che il design offra un'eccellente protezione dell'anodo e un'eccezionale ritenzione della capacità, con gli scienziati che hanno dimostrato le sue prestazioni in migliaia di cicli.
"Il componente impedisce ai polisolfuri, una sostanza chimica che si forma all'interno di questo tipo di batteria, di muoversi attraverso la batteria; i polisolfuri interferiscono con l'anodo e accorciano la durata della batteria", ha affermato l'autore principale, Ehsan Ghasemiestabanati. "Significa che la batteria può essere caricata e scaricata fino a 2.000 volte senza fallire".
Gli scienziati dicono che questo tipo di batteria potrebbe consentire a un'auto elettrica di essere caricata una sola volta alla settimana, ad esempio, e abilitare batterie ricaricabili più sostenibili rispetto alle attuali batterie agli ioni di litio. "Queste batterie non dipendono da minerali che mancheranno di fornitura quindi questo è un altro passo verso batterie più economiche, più pulite e più performanti che potrebbero essere prodotte in Australia", ha dichiarato il professor Hill.