Le batterie sono presenti ovunque nella vita quotidiana, dai telefoni cellulari agli orologi intelligenti, fino al crescente numero di veicoli elettrici. La maggior parte di questi dispositivi utilizza la nota tecnologia delle batterie agli ioni di litio. Sebbene le batterie agli ioni di litio abbiano fatto molta strada da quando sono state introdotte per la prima volta, presentano anche alcuni inconvenienti già noti, come la breve durata di vita, il surriscaldamento e le difficoltà nella catena di approvvigionamento di alcune materie prime.
Gli scienziati dell’Argonne National Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti stanno cercando soluzioni a questi problemi testando nuovi materiali per la costruzione delle batterie. Uno di questi materiali è lo zolfo. Lo zolfo è estremamente abbondante e conveniente e può contenere più energia delle tradizionali batterie agli ioni. La batteria al litio-zolfo (Li-S) è, inoltre, un tipo di batteria ricaricabile al litio, candidata a sostituire le batterie agli ioni di litio per applicazioni ad alta densità di energia. L’energia specifica e l’energia volumetrica teorica dello zolfo sono, circa cinque volte maggiori rispetto alle batterie agli ioni di litio.
Le prime batterie al litio-zolfo (Li-S) non funzionavano bene perché le specie di zolfo (polisolfuri) si dissolvevano nell’elettrolita, causandone la corrosione. Questo effetto di trasporto dei polisolfuri ha un impatto negativo sulla durata della batteria e riduce il numero di volte in cui la batteria può essere ricaricata. Per evitare questo spostamento di polisolfuro, i ricercatori precedenti hanno provato a collocare un interstrato redox-inattivo tra il catodo e l’anodo. Il termine “redox-inattivo” significa che il materiale non subisce reazioni come quelle di un elettrodo. Ma questo strato intermedio protettivo è pesante e denso, riducendo la capacità di accumulo di energia per unità di peso della batteria. Inoltre, non riduce adeguatamente le oscillazioni. Questo si è rivelato un grosso ostacolo alla commercializzazione delle batterie Li-S.
Per risolvere questo problema, i ricercatori hanno sviluppato e testato un intercalare poroso contenente zolfo. I test in laboratorio hanno mostrato una capacità iniziale circa tre volte superiore nelle celle Li-S con questo intercalare attivo, rispetto a quello inattivo. Inoltre, le celle con l’intercalare attivo hanno mantenuto una capacità elevata per oltre 700 cicli di carica e scarica.
I ricercatori hanno creato uno strato all’interno della batteria che aggiunge capacità di immagazzinamento dell’energia, eliminando quasi del tutto un problema tradizionale delle batterie allo zolfo, ovvero la corrosione. “Questi risultati dimostrano che uno strato intermedio redox-attivo potrebbe avere un enorme impatto sullo sviluppo delle batterie Li-S. Siamo a un passo dal vedere questa tecnologia nella nostra vita quotidiana”. afferma Wenqian Xu, scienziato della beamline dell’U. S. Department of Energy Office of Science’s Advanced Photon Source (APS). In futuro, il team intende valutare il potenziale di crescita della tecnologia degli intercalari redox-attivi. “Vogliamo cercare di renderla molto più sottile e leggera”, ha detto Guiliang Xu.
