Materiali degli elettrodi:
Lo sviluppo di materiali per elettrodi idonei in grado di intercalare e deinterlacare gli ioni di alluminio in modo efficiente è fondamentale. Sono stati esplorati materiali catodici come ossidi metallici stratificati (ad esempio ossidi di vanadio) e composti di intercalazione (ad esempio grafite). Dal lato dell’anodo, l’alluminio stesso o la sua lega con altri elementi (ad esempio gallio o indio) si sono dimostrati promettenti. I ricercatori stanno studiando materiali avanzati per elettrodi nanostrutturati per migliorare le prestazioni elettrochimiche.
Elettroliti:
È fondamentale progettare elettroliti che facilitino il trasporto efficiente degli ioni di alluminio mantenendo la stabilità su un ampio intervallo di tensione. Si stanno esplorando liquidi ionici, elettroliti a base di sali di alluminio o elettroliti ibridi che combinano solventi organici e specie ioniche. La sfida sta nel raggiungere un’elevata conduttività ionica, stabilità elettrochimica e compatibilità con i materiali degli elettrodi.
Collezionisti attuali:
I collettori di corrente in rame convenzionali utilizzati nelle batterie agli ioni di litio potrebbero non essere adatti per le batterie in alluminio a causa del potenziale di riduzione più negativo dell'alluminio. Si stanno studiando collettori di corrente alternativi realizzati con materiali come alluminio rivestito di carbonio o metalli resistenti alla corrosione (ad esempio titanio o acciaio inossidabile) per ridurre al minimo le reazioni parassite e garantire prestazioni della batteria a lungo termine.
Progettazione e ingegneria delle celle:
L’ottimizzazione della progettazione e dell’ingegneria delle celle è fondamentale per massimizzare le prestazioni e la sicurezza della batteria. Ciò coinvolge fattori quali lo spessore dell'elettrodo, la porosità, il volume dell'elettrolita, la selezione del separatore e la densità di corrente. Vengono esplorate strategie di ingegneria delle celle come la compressione dello stack, il bilanciamento delle celle e la gestione termica per migliorare la durata della batteria, l'affidabilità e l'efficienza complessiva.
Comprendere e mitigare i meccanismi di degrado:
Le batterie ricaricabili in alluminio devono affrontare sfide legate ai meccanismi di degrado, come la formazione di interfasi di elettroliti solidi (SEI) sulle superfici degli elettrodi e reazioni parassite che coinvolgono componenti di alluminio ed elettroliti. Sono necessari studi fondamentali per comprendere questi processi di degrado e sviluppare strategie per mitigare il loro impatto sulle prestazioni e sulla durata della batteria.
In sintesi, lo sviluppo di batterie ricaricabili in alluminio migliori richiede progressi nei materiali degli elettrodi, negli elettroliti, nei collettori di corrente, nella progettazione delle celle e nella comprensione dei meccanismi di degrado. Affrontando queste sfide, i potenziali vantaggi delle batterie in alluminio, tra cui costi inferiori, maggiore sicurezza e maggiore densità di energia, possono essere realizzati per applicazioni pratiche in vari settori, come i veicoli elettrici, lo stoccaggio in rete e l’elettronica portatile.
