I ricercatori della DGIST stanno migliorando le prestazioni delle batterie litio-aria, avvicinandoci alle auto elettriche che possono utilizzare l'ossigeno per funzionare più a lungo prima di dover ricaricare. Nel loro ultimo studio, pubblicato sulla rivista Catalisi applicata B:ambientale , descrivono come hanno fabbricato un elettrodo usando nanoflakes di solfuro di nichel cobalto su un grafene drogato con zolfo, portando a una batteria di lunga durata con un'elevata capacità di scarica.

"La distanza di guida delle auto elettriche alimentate da batterie agli ioni di litio è di circa 300 chilometri, " dice il chimico Sangaraju Shanmugam del Daegu Gyeongbuk Institute of Science &Technology (DGIST) della Corea. "Questo significa che è difficile fare un viaggio di andata e ritorno tra Seoul e Busan con queste batterie. Ciò ha portato alla ricerca sulle batterie al litio-aria, grazie alla loro capacità, immagazzinano più energia e quindi forniscono un chilometraggio più lungo."

Ma le batterie al litio-aria devono affrontare molte sfide prima di poter essere commercializzate. Per esempio, non scaricano energia velocemente come le batterie agli ioni di litio, il che significa che un'auto elettrica con una batteria al litio-aria potrebbe viaggiare ulteriormente senza bisogno di ricaricare, ma dovresti guidare molto lentamente. Queste batterie sono anche meno stabili e dovrebbero essere sostituite più spesso.

Shanmugam e i suoi colleghi hanno concentrato la loro ricerca sul miglioramento della capacità delle batterie litio-aria di catalizzare le reazioni tra ioni di litio e ossigeno, che facilitano il rilascio di energia e il processo di ricarica.

Le batterie hanno due elettrodi, un anodo e un catodo. Le reazioni tra ioni di litio e ossigeno avvengono al catodo in una batteria al litio-aria. Shanmugam e il suo team hanno sviluppato un catodo composto da nanoflakes di solfuro di nichel cobalto posti su un grafene poroso drogato con zolfo.

La loro batteria ha dimostrato un'elevata capacità di scarica mantenendo allo stesso tempo le prestazioni della batteria per oltre due mesi senza che la capacità diminuisca.

Il successo della batteria è dovuto a diversi fattori. I pori di diverse dimensioni nel grafene fornivano una grande quantità di spazio per il verificarsi delle reazioni chimiche. Allo stesso modo, le scaglie di catalizzatore di solfuro di nichel cobalto possiedono numerosi siti attivi per queste reazioni. I fiocchi formano anche uno strato protettivo che rende l'elettrodo più robusto. Finalmente, il drogaggio del grafene con lo zolfo e l'interconnettività dei suoi pori migliora il trasporto delle cariche elettriche nella batteria.

Il team prevede di lavorare per migliorare altri aspetti della batteria litio-aria conducendo ricerche sulla comprensione dei comportamenti di scarica/carica degli elettrodi e delle sue caratteristiche superficiali. "Una volta che abbiamo assicurato le tecnologie di base di tutte le parti della batteria e le abbiamo combinate, sarà possibile iniziare a produrre prototipi, "dice Shanmugam.