Batterie al litio che respirano aria per eliminare l’ansia da autonomia
Le automobili elettriche, il cui funzionamento è solitamente affidato a batterie agli ioni di litio, rappresentano una delle soluzioni ai problemi di inquinamento atmosferico che affliggono l’Europa. Tuttavia, tali dispositivi presentano una scarsa densità energetica e, di conseguenza, contengono relativamente poca potenza in rapporto al loro peso. Vengono perciò presi in considerazione tipi alternativi di batterie. La tecnologia litio-aria rappresenta una possibile alternativa in virtù della sua eccellente densità energetica. Queste batterie sono formate da un anodo metallico e dall’aria come catodo che continuamente estrae ossigeno dall’aria dell’ambiente. Il loro vantaggio è che possiedono una densità energetica 10 volte superiore a quella delle batterie Li-ion. Lo studio di questa promettente opzione era l’obbiettivo del progetto STABLE (Stable high-capacity lithium-air batteries with long cycle life for electric cars). Una delle sfide più grandi era il miglioramento del ciclo di vita di queste batterie, che raggiungeva al massimo i 50 cicli prima di STABLE. L’obbiettivo del progetto, che è stato raggiunto con successo superando i 150 cicli, era quello di aumentare i cicli di carica da 50 a 100-150 senza perdere potenza. Per raggiungere questi risultati, i ricercatori hanno condotto una ricerca innovativa su anodo, catodo, e materiali e tecnologie dell’elettrolita nella batteria. Essi hanno inoltre studiato le tecniche di assemblaggio per le batterie che giocano un ruolo centrale nelle loro prestazioni, costi e impatto ambientale. Il team ha scoperto dei catalizzatori bifunzionali molto attivi capaci di rigenerare efficacemente la batteria e ha usato delle membrane idonee per proteggere l’anodo di litio dalla formazione di dendriti. Esso ha inoltre aumentato la stabilità elettrolitica per migliorare la solubilità del Li2O2 ed evitare l’intasamento del catodo. In particolare, i ricercatori hanno usato delle leghe di argento e magnesio con il litio, in aggiunta a strati protettivi sull’anodo per superare la reattività del litio. I materiali a base di carbonio aiutano a superare la reversibilità della reazione di ossidoriduzione. Risultati promettenti per quanto riguarda la conduttività sono stati ottenuti con carbonio mesoporoso, nanotubi di carbonio, fibre di carbonio e grafene da usare come materiali per il catodo. I ricercatori hanno impiegato la pirolisi di spray alla fiamma per sintetizzare diverse nanopolveri ceramiche che hanno incrementato la capacità del catodo. Sono stati prodotti catalizzatori nanometrici sul catodo poroso. L’aggiunta di liquidi ionici nei solventi organici ha migliorato significativamente la conduttività ionica dell’elettrolita. Anche le nanoparticelle di ossidi metallici hanno ridotto la formazione di dendriti e hanno migliorato solubilità dell’ossigeno, viscosità e polarità dell’elettrolita. STABLE ha compiuto dei passi in avanti verso il miglioramento della durata delle batterie litio-aria. Queste batterie possono quindi far funzionare le automobili elettriche più a lungo con una singola ricarica, aumentando la fiducia del consumatore e la competitività del crescente mercato europeo dei veicoli elettrici.
Parole chiave
Ansia da autonomia, litio-aria, batterie litio-aria, automobili elettriche, densità energetica
