Ricarica in 12 minuti con una nuova batteria litio-zolfo
Ricercatori del DGIST (Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology, Corea del Sud) hanno sviluppato unabatteria litio-zolfoinnovativa: siricarica 12 minutie ha una vita utile di oltre1000 cicli. La nuova tecnologia promette di superare le limitazioni delle attuali batterie agliioni di litio(Li-ion), in particolare in termini divelocità di ricaricaedensità energetica.
Questo risultato è stato ottenuto grazie a un nuovo materiale a base dicarbonio porosodrogato conazoto. Esso risolve i problemi di carica lenta e degradazione tipici delle batterielitio-zolfo. La nuova batteria mostra un’elevata capacità di accumulo di energiae, fondamentale, distabilitàgrazie alla struttura porosa del carbonio e alla soppressione dellamigrazione di polisolfuri di litio.
La ricerca, pubblicata su ACS Nano, apre la strada alla commercializzazione di batterie litio-zolfo piùefficientiedeconomiche. La sintesi del materiale si basa su un metodo diriduzione termicasemplice ed efficiente. La collaborazione con l’Argonne National Laboratory (Illinois, Stati Uniti) ha confermato l’efficacia della tecnologia attraverso analisi microscopiche avanzate.
Superare le limitazioni delle batterie agli ioni di litio
Le batterie Li-ion (agli ioni di litio) sono cruciali per le tecnologieeco-compatibili, come iveicoli elettrici, ma hanno una capacità di accumulo energetico limitata e costi di produzione elevati. Le batterie Li-S emergono come un’alternativa promettente grazie alla loro maggiore densità energetica e beneficiando dell’accessibilità economica dello zolfocome materiale chiave.
Uno degli ostacoli nelle batterie Li-S è stato finora un’efficiente utilizzazione dello zolfo durante la ricarica rapida che porta a una riduzione della capacità della batteria. Un altro problema è la migrazione dei polisolfuri di litio, composti che si formano durante la scarica e chedegradanolaperformancedella batteria.
Struttura reticolare e azoto rendono possibile una ricarica in 12 minuti
Il team di ricercatori ha sviluppato un nuovo materiale dicarbonio multiporosoaltamentegrafiticodrogato con azoto e lo ha applicato al catodo di una batteria Li-S. Questo materiale è stato sintetizzato mediante un metodo di riduzione termica che utilizza magnesio eZIF-8, un cosiddettoMOF,metal-organic framework. Si tratta di materiali cristallini con i quali si possono generarestrutture tridimensionali reticolari ad alta porosità.
Il magnesio reagisce con l’azoto nel ZIF-8 a temperature elevate rendendo la struttura del carboniopiù stabile e robusta, creando allo stesso tempo una struttura porosa diversificata. Questa struttura grafitica consente un maggiore carico di zolfo e migliora il contatto tra zolfo ed elettrolita, incrementando significativamente leprestazionidella batteria.
La batteria Li-S sviluppata ha raggiuntouna capacità 1,6 volte superiore rispetto alle batterie convenzionalie si ricarica completamente in soli12 minuti.
La batteriaconserva l’82% della sua capacitàanche dopo1.000 cicli di carica-scarica, dimostrando un’eccellente stabilità.
Verso una ricarica rapida e più efficiente delle auto elettriche
Analisi avanzate al microscopio hanno confermato la formazione di solfuro di litio (Li₂S) con un’orientazione specifica all’interno della struttura stratificata del materiale di carbonio. Queste analisi convalidano che il drogaggio con azoto e la struttura porosa del carbonio hanno effettivamenteaumentatoil carico di zolfo, mentre la natura grafitica haacceleratole reazioni dello zolfo migliorando la velocità di ricarica.
La ricerca presenta un significativo passo avanti nello sviluppo di batterie litio-zolfo conprestazioni superioririspetto alle attuali tecnologie Li-ion. Il nuovo materiale a base di carbonio, insieme al processo di sintesi con magnesio e ZIF-8, sembrarisolvere alcune delle principali limitazionidelle batterie Li-S aprendo la strada alla loro commercializzazione per applicazioni che richiedono ricarica rapida e alta densità energetica, come i veicoli elettrici.
La ricercaTailoring-Orientated Deposition of Li2S for Extreme Fast-Charging Lithium–Sulfur Batteriesè stata pubblicata suACS Nano.
