Ricercatori creano una batteria litio-zolfo più sicura senza comprometterne le prestazioni

Ricercatori creano una batteria litio-zolfo più sicura senza comprometterne le prestazioni

Ricercatori del NanoBio Lab dell'A*STAR di Singapore hanno creato un elettrolita semi-solido che permette di ottenere batterie litio-zolfo più sicure mantenendo al tempo stesso prestazioni convincenti.

di pubblicata il , alle 16:41 nel canale Scienza e tecnologia
 

I ricercatori del NanoBio Lab (NBL) di Singapore (Agency for Science, Technology and Research, A*STAR) hanno trovato un modo di produrre batterie litio-zolfo più stabili, senza comprometterne le prestazioni. Aumentano quindi le possibilità che queste batterie trovino posto in un'ampia gamma di dispositivi elettronici o soluzioni per lo stoccaggio dell'energia.

Quanto si parla di batterie, capacità e prestazioni sono importanti, ma anche la sicurezza rappresenta un elemento fondamentale. Le batterie non solo contengono elettroliti organici liquidi altamente infiammabili che possono fuoriuscire per la rottura delle celle, ma dipendono anche da elettrodi separatori che possono essere instabili sia termicamente e meccanicamente. Laddove le ricerche hanno dimostrato che gli elettroliti a stato solido offrono il potenziale per migliorare il profilo di sicurezza delle batterie al litio, lo scarso contatto tra elettrodo ed elettrolita e la limitata conducibilità ionica rappresentano importanti colli di bottiglia in termini di conducibilità e prestazioni.

Secondo il professor Jackie Y. Ying, a capo del team di ricercatori dell'NBL, "gli elettroliti ibridi quasi solidi composti sia di componenti liquidi che solidi sono emersi come un compromesso efficace per ottenere batterie più sicure mantenendo al tempo stesso buone prestazioni. L'alta resistenza del componente solido finora ha limitato le prestazioni di tali batterie. Per superare questo problema abbiamo reingegnerizzato la microstruttura del componente solido. La nostra soluzione elimina la perdita dell'elettrolita ed è termicamente e meccanicamente stabile".

Team di ricercatori del NanoBio Lab (da sinistra a destra): Dr. Ayman AbdelHamid, Prof. Jackie Y. Ying e Mr. Jian Liang Cheong.

Il team ha progettato un elettrolita quasi solido ibrido che comprende una membrana porosa a infusione liquida costituita da fogli Li7La3Zr2O12 (LLZO). I ricercatori hanno inoltre messo a punto un nuovo metodo di fabbricazione chiamato "cupcake" realizzare la struttura per l'elettrolita.

LLZO è stato scelto per la sua alta conducibilità ionica e la buona stabilità chimica ed elettrochimica. La struttura non rigida dell'elettrolita gli consente di mantenere un contatto molto buono con gli elettrodi e gli impedisce di rompersi durante l'assemblaggio e la gestione della batteria. Questo porta a batterie più sicure con prestazioni migliori. L'elettrolita semisolido ottenuto si è dimostrato stabile su un ampio intervallo di tensione, cosa che ne favorisce l'uso con diversi materiali, inclusi catodi ad alta tensione.

La batteria litio-zolfo di nuova concezione ha mostrato un'elevata capacità, una velocità di carica e scarica elevata e la stabilità delle sue prestazioni grazie al controllo del fenomeno "polysulfide shuttling", per cui i polisolfuri di litio solubilizzati si spostano tra entrambi gli elettrodi causando un rapido decadimento della capacità.

Nei test, il nuovo elettrolita ha raggiunto risultati interessanti: rispettivamente 515 e 340 mAh/g a 1 e 2 °C con una densità di carica di 1,5 mg/cm2, ovvero prestazioni tra le più alte registrate dalle batterie ibride litio-zolfo quasi solide.

"La nostra struttura basata su fogli 3D è risultata cruciale per le prestazioni ottimali della batteria. Inoltre, il nostro sistema ha dimostrato un'eccezionale stabilità a temperature estreme. Questi risultati illustrano l'eccellente potenziale della nostra struttura basata su fogli come riferimento per altre batterie al litio semi-solide", ha aggiunto il prof. Ying. Il team del NanoBio Lab sta ora sviluppando nuove batterie a stato solido agli ioni di litio, litio-zolfo e litio per la commercializzazione.

Lo stesso team lo scorso ottobre ha svelato di aver trovato un modo più rapido e meno complesso per sviluppare catodi litio-zolfo. Tutte queste scoperte potrebbero rendere questo tipo di un'alternativa percorribile alle batterie agli ioni di litio nei dispositivi elettronici e i veicoli elettrici, in quanto i ricercatori ritengono che le batterie litio-zolfo potrebbero archiviare fino a 10 volte più energia delle soluzioni attuali.

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6 Commenti
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eureka8510 Marzo 2020, 17:22 #1
Litio minerale raro sul Pianeta Terra, altamente esplosivo ed inquinante.
Infatti le batterie prodotte con esso costano tantissimo
calabar10 Marzo 2020, 20:22 #2
Non mi è ben chiaro l'ultimo passaggio: stanno forse dicendo che queste batterie potrebbero far aumentare di dieci volte la densità di carica rispetto alle soluzioni attuali? Sarebbe un'enormità.
Si parla poi di resistenza alle temperature estreme, alta velocità di carica e scarica e di basso decadimento della capacità (quindi molti cicli di carica e scarica)... insomma, parrebbero la panacea di tutti i mali.

Sarebbe stato interessante conoscere la previsione di immissione sul mercato, sicuramente diversi anni ma se già questi sono i risultati, promette bene.
phmk11 Marzo 2020, 08:02 #3

Ogni giorno esce una nuova batteria "miracolosa"...

Poi, alla fine...non cambia nulla o quasi..
Mi manca il grafene, però ....
djfix1311 Marzo 2020, 09:51 #4
a questo punto resta palese che in futuro bisogna fare batterie da cui si possa riutilizzare i componenti (Litio in primis), mescolarlo e chimicamente legarlo ad altro di fatto lo rende irrecuperabile, un giorno finirà.
Zurlo11 Marzo 2020, 11:00 #5
Originariamente inviato da: eureka85
Litio minerale raro sul Pianeta Terra, altamente esplosivo


Proprio quello che i ricercatori dicono di aver risolto - il litio e' raro ma non rarissimo, e ne serve sempre meno per kWh di capacita': al momento esiste una filiera di estrazione e produzione e la disponibilita' non sembra un problema imminente.

Originariamente inviato da: eureka85
e inquinante

Le batterie per trazione sono altamente riciclabili e quando la loro corrente di scarica non sara' piu' adatta alle auto, potranno essere usate per l'accumulo casalingo per svariati altri anni, per non parlare della trazione industriale (muletti, trattori, autobus, etc.) dove il poter caricare due/tre volte al giorno o dove il peso non e' un problema, permette il riuso di batterie.

Originariamente inviato da: eureka85
Infatti le batterie prodotte con esso costano tantissimo

Si e no - a parita' di capacita', una batteria al piombo equivalente ai loro prototipi dovrebbe pesare circa quaranta volte di piu', con una vita utile di un quarto.


Siamo appena agli inizi di una rivoluzione della razione, e gia' in pochi anni abbiamo dei progressi incredibili: forse, invece di temere spauracchi, e' il caso di fermarci a pensare a quanto ci hanno preso perlano i petrolieri fino ad oggi ... e quanto continuino a pagare per disinformare, tutti i giorni.
TheDarkAngel11 Marzo 2020, 11:03 #6
Originariamente inviato da: djfix13
a questo punto resta palese che in futuro bisogna fare batterie da cui si possa riutilizzare i componenti (Litio in primis), mescolarlo e chimicamente legarlo ad altro di fatto lo rende irrecuperabile, un giorno finirà.


?
E' un metallo, non è mai _di fatto_ irrecuperabile.

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