Una delle batterie a bottone al litio e zolfo in fase di sviluppo presso l'Energy Nanostructure Laboratory (E-Nano) di Penn State. Credito:Patrick Mansell, Penn State
Abbiamo fatto molta strada dalle batterie delle automobili all'acido di zolfo che perdono, ma le moderne batterie al litio hanno ancora alcuni lati negativi. Ora un team di ingegneri della Penn State ha un diverso tipo di batteria al litio-zolfo che potrebbe essere più efficiente, meno costoso e più sicuro.
"Abbiamo dimostrato questo metodo in una batteria a bottone, " ha detto Donghai Wang, professore associato di ingegneria meccanica. "Ma, Penso che alla fine potrebbe diventare abbastanza grande per i telefoni cellulari, droni e ancora più grandi per i veicoli elettrici."
Le batterie al litio e zolfo dovrebbero essere un candidato promettente per la prossima generazione di batterie ricaricabili, ma non sono senza problemi. Per il litio, l'efficienza in cui i trasferimenti di carica è basso, e, le batterie al litio tendono a far crescere dendriti, sottili cristalli ramificati, durante la ricarica che non scompaiono quando vengono scaricate.
I ricercatori hanno esaminato un autoformato, strato interfase ibrido flessibile di elettrolita solido che viene depositato sia da organosolfuri che da organopolisolfuri con sali di litio inorganici. I ricercatori riferiscono nel numero di oggi (11 ottobre) di Comunicazioni sulla natura che i composti organici dello zolfo agiscono come plastificanti nello strato interfase e migliorano la flessibilità meccanica e la tenacità dello strato. Lo strato interfase consente al litio di depositarsi senza dendriti in crescita. L'efficienza di Coulombic è di circa il 99 percento su 400 cicli di ricarica e scarica.
Batterie a bottone al litio e zolfo conservate su un caricabatterie rapido. Credito:Patrick Mansell, Penn State
"Abbiamo bisogno di una sorta di barriera al litio in una batteria al litio metallico, o reagisce con tutto, " ha detto Wang.
Lo zolfo è una buona scelta perché è economico e fornisce alla batteria un'elevata capacità di carica, densità di energia più elevata, quindi una batteria al litio-zolfo ha più energia. Però, una batteria al litio-zolfo forma un rivestimento inorganico nella batteria che è fragile e non può tollerare variazioni di volume. L'interfaccia dello zolfo inorganico non può sostenere un'energia elevata. In una batteria al litio-zolfo, l'elettrolita si secca e il litio sfuso si corrode. I dendriti di litio che si formano possono creare cortocircuiti e altri rischi per la sicurezza.
"Potenzialmente possiamo raddoppiare la densità di energia delle batterie CC convenzionali utilizzando batterie al litio e zolfo con questa interfaccia ibrida organosolfuro/organopolisolfuro, " ha detto Wang.
Donghai Wang, sinistra, guarda come il candidato post-dottorato Guoxing Li assembla una batteria al litio-zolfo. Il Dr. Wang sovrintende all'Energy Nanostructure Laboratory presso il Materials Research Lab di Penn State. Il suo lavoro si concentra sullo sviluppo di nanomateriali per tecnologie energetiche pulite, come batterie, celle solari, celle a combustibile, e bonifica ambientale. Credito:Patrick Mansell, Penn State
Possono anche creare un ambiente più sicuro, batteria più affidabile.
Per creare la loro batteria i ricercatori hanno utilizzato un elettrolita a base di etere con additivi polimerici contenenti zolfo. La batteria utilizza un catodo di carbonio infuso di zolfo e un anodo di litio. Lo zolfo organico nell'elettrolita autoforma gli strati interfasici.
I ricercatori riferiscono di "dimostrare una batteria al litio-zolfo che mostra una lunga durata di ciclo - 1000 cicli - e una buona ritenzione della capacità.
