La batteria senza anodi raddoppia l'autonomia dei veicoli elettrici
"Questo lavoro rappresenta una svolta significativa, in quanto affronta contemporaneamente i problemi di efficienza e di durata delle batterie al litio-metallo prive di anodo"
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Un veicolo elettrico potrebbe viaggiare da Seul a Busan e ritorno con una sola carica? Gli automobilisti potrebbero smettere di preoccuparsi delle prestazioni della batteria anche in inverno? Un team di ricerca coreano ha compiuto un passo importante verso la risposta a queste domande, sviluppando una batteria al litio-metallo priva di anodi che può garantire un'autonomia di guida quasi doppia con lo stesso volume di batteria.
Un gruppo di ricerca congiunto guidato dal professor Soojin Park e dal dottor Dong-Yeob Han del Dipartimento di Chimica del POSTECH, insieme al professor Nam-Soon Choi e al dottor Saehun Kim del KAIST e al professor Tae Kyung Lee e al ricercatore Junsu Son della Gyeongsang National University, ha raggiunto con successo una densità di energia volumetrica di 1.270 Wh/L in una batteria al litio-metallo priva di anodo. Questo valore è quasi il doppio di quello delle attuali batterie agli ioni di litio utilizzate nei veicoli elettrici, che in genere forniscono circa 650 Wh/L. Il risultato è stato pubblicato come articolo di copertina su Advanced Materials.
Una batteria al litio-metallo senza anodo elimina completamente l'anodo convenzionale. Invece, gli ioni di litio immagazzinati nel catodo si muovono durante la carica e si depositano direttamente su un collettore di corrente in rame. Eliminando i componenti superflui, è possibile dedicare più spazio interno all'immagazzinamento dell'energia, un po' come inserire più carburante in un serbatoio delle stesse dimensioni. Tuttavia, questo progetto presenta delle sfide importanti. Se il litio si deposita in modo non uniforme, si possono formare strutture aghiformi note come dendriti, che aumentano il rischio di cortocircuiti e di potenziali rischi per la sicurezza. Le ripetute operazioni di carica e scarica possono inoltre danneggiare la superficie del litio, riducendo rapidamente la durata della batteria.
Per affrontare questi problemi, il team di ricerca ha adottato una doppia strategia che combina un ospite reversibile (RH) e un elettrolita progettato (DEL). L'ospite reversibile consiste in una struttura polimerica incorporata con nanoparticelle d'argento (Ag) uniformemente distribuite, che guidano il litio a depositarsi in punti specifici anziché in modo casuale. In parole povere, agisce come un parcheggio dedicato al litio, garantendo una deposizione ordinata e uniforme.
L'elettrolita progettato migliora ulteriormente la stabilità formando uno strato protettivo sottile ma robusto composto da Li₂O e Li₃N sulla superficie del litio. Questo strato funziona come una benda sulla pelle, impedendo la crescita di dendriti dannosi e mantenendo aperti i percorsi per il trasporto degli ioni di litio.
Combinato, il sistema RH-DEL ha fornito prestazioni eccezionali. In condizioni di elevata capacità areale (4,6 mAh cm-²) e densità di corrente (2,3 mA cm-²), la batteria ha mantenuto l'81,9% della capacità iniziale dopo 100 cicli e ha raggiunto un'efficienza coulombiana media del 99,6%. Questi risultati hanno permesso al team di raggiungere il record di densità energetica volumetrica di 1.270 Wh/L nelle batterie al litio-metallo senza anodo.
È importante notare che queste prestazioni sono state convalidate non solo in piccole celle di laboratorio, ma anche in batterie di tipo pouch, che sono più vicine alle applicazioni reali dei veicoli elettrici. Anche con una quantità minima di elettrolita (E/C = 2,5 g Ah-¹) e in condizioni di bassa pressione di pila (20 kPa), le batterie hanno funzionato in modo stabile. Questo dimostra un forte potenziale di riduzione del peso e del volume delle batterie, riducendo al contempo gli oneri di produzione e migliorando significativamente la fattibilità commerciale.
Il professor Soojin Park ha commentato: "Questo lavoro rappresenta una svolta significativa, in quanto affronta contemporaneamente i problemi di efficienza e di durata delle batterie al litio-metallo prive di anodi". Il professor Tae Kyung Lee ha aggiunto: "Il nostro studio dimostra che la progettazione di elettroliti basati su solventi disponibili in commercio può raggiungere sia un'elevata mobilità degli ioni di litio che una stabilità interfacciale".
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
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