Evolute batterie litio-zolfo che potrebbero fornire un’elevata energia
In confronto alle comuni batterie agli ioni di litio, le batterie litio-zolfo presentano dei vantaggi importanti. Lo zolfo è leggero e abbondante, con un’elevata capacità energetica e un’alta profondità di scarica. Tuttavia, l’attuale tecnologia della batteria litio-zolfo presenta una bassa conduttività elettrica del catodo e la perdita irreversibile dei materiali attivi quando avviene la dissoluzione di litio e zolfo nell’elettrolita. Nel progetto EUROLIS (Advanced European lithium sulphur cells for automotive applications), finanziato dall’UE, gli scienziati hanno introdotto nuovi sviluppi per affrontare questi limiti. Il team ha utilizzato serbatoi di polisolfuro con superfici modificate per stabilizzare i catodi litio-zolfo. Il sistema proposto, caratterizzato da un’ampia area superficiale, garantisce un debole adsorbimento degli intermedi di polisolfuri, nonché un desorbimento reversibile. In tal modo, è possibile utilizzare completamente il materiale attivo. Per comprendere più a fondo l’impatto dell’area di superficie e le interazioni tra l’elettrolita e i compositi del catodo di zolfo, si rende necessaria l’adozione di tecniche di caratterizzazione affidabili. L’iniziativa EUROLIS ha sviluppato una serie di strumenti in situ ed ex situ finalizzati all’analisi delle batterie litio-zolfo in differenti fasi dello scaricamento e del caricamento. Questo ha aiutato gli esperti a comprendere meglio le proprietà elettrochimiche della batteria litio-zolfo. EUROLIS le ha poi utilizzate per un monitoraggio efficace della formazione e della diffusione o migrazione dei polisolfuri in varie parti della batteria litio-zolfo. Gli scienziati hanno studiato con successo una gamma di differenti materiali in carbonio da utilizzare quali strutture ospite per lo zolfo. L’attenzione si è concentrata su come la forma del materiale in carbonio influisce sulle prestazioni elettrochimiche della batteria, su come la composizione chimica influisce sulla diminuzione della capacità, e infine sullo sviluppo di vie di sintesi su larga scala. Il lavoro del progetto ha portato allo sviluppo di tre generazioni di prototipi di batterie litio-zolfo. I separatori, il litio e il riempimento dell’elettrolita sono stati adattati per la preparazione di 12 prototipi di celle in una configurazione standard. Gli scienziati hanno inoltre fissato degli standard per tecnologie litio-zolfo alternative: la combinazione di silicio litiato nell’anodo e zolfo nel catodo, test delle prestazioni di una batteria di flusso usando il catolita e, infine, lo sviluppo di una batteria con zolfo allo stato solido basata su un separatore ceramico. EUROLIS ha offerto delle soluzioni pratiche alle sfide chimiche caratteristiche delle batterie litio-zolfo. Con un’elevata densità energetica e un costo relativamente basso, le batterie litio-zolfo sono molto promettenti per i veicoli elettrici, visto che li aiutano a percorrere più strada prima di aver bisogno di una nuova ricarica.
Parole chiave
Batterie litio-zolfo, densità energetica, veicoli elettrici, EUROLIS, polisolfuro
