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High energy lithium sulphur cells and batteries

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Migliorare la commerciabilità delle batterie al litio-zolfo

Affrontando le questioni di sicurezza e stabilità, i ricercatori che partecipano al progetto HELIS, finanziato dall’UE, hanno aiutato a preparare le batterie al litio-zolfo all’immissione sul mercato.

Energia

Grazie all’elevata energia specifica e alla convenienza, le batterie al litio-zolfo (Li-S) sono pronte a sostituire le batterie agli ioni di litio. In effetti, è stato dimostrato che le Li-S offrono energie specifiche dell’ordine di 500-600 W h/kg, molto meglio delle batterie agli ioni di litio da 150-250 W h/kg. Tuttavia, questi vantaggi sono controbilanciati da una serie di sfide che hanno tenuto lontane le Li-S dal mercato. Molti di questi ostacoli alla commercializzazione sono stati affrontati nel corso del progetto EUROLIS finanziato dall’UE, che ha sviluppato soluzioni pratiche ad alcune delle sfide chimiche inerenti alle Li-S. Ad esempio, il progetto ha risolto il problema della bassa conducibilità elettrica del catodo e della perdita irreversibile di materiali attivi durante la dissoluzione del litio-zolfo nell’elettrolita. Il progetto HELIS (High energy lithium sulphur cells and batteries) è ripartito da dove EUROLIS è terminato. «Replicando su scala industriale gli approcci sviluppati durante EUROLIS, abbiamo cercato di migliorare la stabilità degli anodi di litio durante il ciclo e di affrontare questioni come il riciclaggio e la sicurezza», afferma Robert Dominko, coordinatore dei progetti EUROLIS e HELIS. «Così facendo, abbiamo fatto un altro grande passo avanti verso lo sviluppo di una cella Li-S completa e pronta per il mercato».

La catena del valore Li-S

L’elemento distintivo del progetto è stato l’utilizzo di una catena del valore completa per la produzione di Li-S. Ciascuno dei 14 partner del progetto è stato incaricato di gestire un compito specifico lungo la catena, a partire dallo sviluppo dei materiali per tre diverse serie di celle prototipo. Alla fine è stata utilizzata una cella prototipo di dimensione D per testare tutti i componenti sviluppati durante il progetto. Uno degli obiettivi principali del progetto era lo sviluppo di separatori ed elettroliti con le caratteristiche richieste dalle Li-S. Ad esempio, modificando la superficie o il separatore del litio metallico, i ricercatori sono stati in grado di proporre e valutare diversi componenti che utilizzano il litio metallico per proteggersi dalla continua decomposizione. «Per le celle prototipo, assemblate presso gli stabilimenti del nostro partner industriale, sono stati utilizzati i migliori componenti», spiega Dominko. «In totale, sono state prodotte e testate tre diverse generazioni di celle Li-S in base alle specifiche dell’industria automobilistica». I ricercatori del progetto hanno anche effettuato prove di invecchiamento e di sicurezza, che sono essenziali per convalidare l’approccio. Tutte le ricerche sono state supportate da calcoli teorici e analisi del ciclo di vita e le celle di entrambi i progetti sono state utilizzate per sviluppare un processo di riciclaggio per le Li-S. «Tutto questo lavoro ha portato alla creazione del giusto ambiente chimico per consentire un’eccellente reversibilità e ciclabilità con solo una minima densità energetica», aggiunge Dominko.

Comportamento sicuro, lunga ciclabilità

Grazie ai suoi consorzi forti e orientati ai risultati e all’uso di una catena del valore ben definita, il progetto HELIS ha sviluppato con successo celle Li-S che dimostrano un comportamento sicuro e una lunga ciclabilità con una minima densità energetica. Detto questo, rimane la questione della protezione del litio metallico, che sarà al centro della prossima fase del progetto. Durante il progetto HELIS, i nostri partner hanno acquisito un corposo know-how e hanno persino depositato diversi brevetti, avvicinandosi all’obiettivo di lanciare questa tecnologia per un uso commerciale», aggiunge Dominko.

Parole chiave

HELIS, EUROLIS, batterie al litio-zolfo, Li-S, batterie agli ioni di litio, litio, industria automobilistica

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