Il team di ricerca vuole aumentare ulteriormente il potenziale delle batterie al litio-solfuro.
I ricercatori della Vanderbilt University e dell’University of Maryland hanno presentato una nuova chimica cellulare in grado di aumentare significativamente la densità energetica delle batterie al litio-solfuro. Grazie all’integrazione del cloro, questo approccio permette una trasferimento aggiuntivo di elettroni a tensioni più elevate.
Grafico: Vanderbilt University
In uno studio pubblicato sulla rivista specializzata “Nature Energy”, il team delle università statunitensi Vanderbilt University e University of Maryland descrive ora un nuovo approccio in cui lo zolfo partecipa a una reazione aggiuntiva di immagazzinamento energetico. Il risultato è una batteria a base di zolfo che funziona a una tensione media più elevata e riesce a immagazzinare più carica.
Il prototipo della batteria litio-zolfo è riuscito a immagazzinare 1.700 wattora di energia
Nel mentre nei sistemi tradizionali ogni atomo di zolfo scambia due elettroni, il nuovo sistema integra anche cloro per trasferire un terzo elettrone. Nei test in laboratorio ciò ha aumentato la capacità di storage del zolfo di circa il 58 percento e ha elevato la tensione operativa media da circa 2,05 volt a 2,54 volt. Grazie alla combinazione di una maggiore capacità di immagazzinamento della carica e di una tensione più elevata, un chilogrammo di zolfo nella cella sperimentale è riuscito a immagazzinare oltre 1.700 wattora di energia.
Per garantire la reversibilità, i ricercatori hanno utilizzato simulazioni molecolari per progettare un elettrolita. Questo mantiene il cloro reattivo e impedisce al contempo che il prodotto zolfo-cloro formato si sciolga e migri verso l’anodo di litio metallico.
78 percento di capacità dopo 100 cicli di carica
Diverse tecniche di spettroscopia hanno confermato che lo zolfo si muove ripetutamente tra lo stato iniziale e quello finale durante i processi di carica e scarica. Una cella di tipo Pouch, dopo 100 cicli di carica, ha mantenuto il 78 percento della sua capacità iniziale.
Tuttavia, manca ancora molto lavoro prima che possa essere utilizzata a scopo commerciale, poiché il prototipo impiega un’anodo di litio-metallo e quantità maggiori di elettrolita. Tenendo conto di tutti i componenti essenziali della batteria – e non solo delle elektrodi – gli scienziati stimano che questo approccio possa consentire una densità energetica gravimetrica a livello di cella pari a 477 Wh/kg. Ciò corrisponderebbe a un valore circa del 37 percento superiore rispetto ai sistemi convenzionali a litio-zolfo simili.
“La visione tradizionale delle batterie litio-solfuro lascia inutilizzato una parte del potenziale redox dello zolfo”, ha detto De-en Jiang, professore di ingegneria dei processi chimici e chimica presso la Vanderbilt University nonché co-autore principale dello studio. “Volevamo scoprire se fosse possibile ampliare la capacità redox dello zolfo e utilizzarla per immagazzinare più energia.”
