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Il nuovo catalizzatore promette batterie ricaricabili di nuova generazione più leggere, più economiche e di maggiore capacità

2021-06-16
TEMI:
Tecnologia delle batterie, catalizzatori, energia, ioni di litio, polimeri, batterie ricaricabili
Di GWANGJU INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 27 FEBBRAIO 2021



Le batterie agli ioni di litio sono attualmente ampiamente utilizzate nell'elettronica, ma le batterie al litio-zolfo potrebbero sostituirle nel prossimo futuro come alternative più leggere, più economiche e di maggiore capacità, grazie a una nuova scoperta di scienziati in Corea. Credito: Istituto di scienza e tecnologia di Gwangju

Un nuovo materiale catalizzatore potrebbe consentire batterie al litio-zolfo migliori e alimentare l'elettronica di nuova generazione.

Al centro della maggior parte dell'elettronica di oggi ci sono le batterie ricaricabili agli ioni di litio (LIB). Ma le loro capacità di accumulo di energia non sono sufficienti per i sistemi di accumulo di energia su larga scala (ESS). Le batterie al litio-zolfo (LSB) potrebbero essere utili in tale scenario a causa della loro maggiore capacità teorica di accumulo di energia. Potrebbero persino sostituire i LIB in altre applicazioni come i droni, data la loro leggerezza e il costo inferiore.

Ma lo stesso meccanismo che sta dando loro tutto questo potere fa sì che diventino una realtà pratica diffusa. A differenza dei LIB, il percorso di reazione negli LSB porta ad un accumulo di solfuro di litio solido (Li2S6) e polisolfuro di litio liquido (LiPS), causando una perdita di materiale attivo dal catodo di zolfo (elettrodo caricato positivamente) e corrosione dell'anodo di litio (negativamente elettrodo carico). Per migliorare la durata della batteria, gli scienziati hanno cercato catalizzatori in grado di rendere reversibile in modo efficiente questa degradazione durante l'uso.

In un nuovo studio pubblicato su ChemSusChem, gli scienziati del Gwangju Institute of Technology (GIST), Corea, riportano la loro svolta in questo sforzo. “Durante la ricerca di un nuovo elettrocatalizzatore per gli LSB, abbiamo ricordato uno studio precedente che avevamo eseguito con l'ossalato di cobalto (CoC2O4) in cui avevamo scoperto che gli ioni caricati negativamente possono facilmente adsorbirsi sulla superficie di questo materiale durante l'elettrolisi. Questo ci ha motivato a ipotizzare che il CoC2O4 avrebbe mostrato un comportamento simile anche con lo zolfo negli LSB", spiega il prof. Jaeyoung Lee del GIST, che ha guidato lo studio.
Per testare la loro ipotesi, gli scienziati hanno costruito un LSB aggiungendo uno strato di CoC2O4 sul catodo di zolfo.

Abbastanza sicuro, osservazioni e analisi hanno rivelato che la capacità di CoC2O4 di adsorbire lo zolfo ha permesso la riduzione e la dissociazione di Li2S6 e LiPS. Inoltre, ha soppresso la diffusione di LiPS nell'elettrolita assorbendo LiPS sulla sua superficie, impedendogli di raggiungere l'anodo di litio e innescando una reazione di autoscarica. Queste azioni insieme hanno migliorato l'utilizzo dello zolfo e ridotto la degradazione dell'anodo, migliorando così la longevità, le prestazioni e la capacità di accumulo di energia della batteria.

Caricato da questi risultati, il prof. Lee immagina un futuro elettronico governato da LSB, che i LIB non possono realizzare. "Gli LSB possono consentire un trasporto elettrico efficiente come in aerei senza pilota, autobus elettrici, camion e locomotive, oltre a dispositivi di accumulo di energia su larga scala", osserva. "Speriamo che i nostri risultati possano avvicinare gli LSB alla commercializzazione per questi scopi".

Forse è solo questione di tempo prima che le batterie al litio-zolfo alimentino il mondo.

Riferimento: "Reazione redox migliorata dei polisolfuri di litio sul confine interfacciale del CoC2O4 polare come catenatore di polisolfuri per una batteria allo zolfo al litio ad alta capacità" di Dr. Jin Won Kim, Gyuwon Seo, Dr. Sungyool Bong e Prof. Dr. Jaeyoung Lee, 21 ottobre 2020, ChemSusChem.
DOI: 10.1002/cssc.202002140