Un approccio promettente prevede l’uso di elettroliti allo stato solido invece di elettroliti liquidi. Gli elettroliti a stato solido non sono infiammabili e possono funzionare a temperature più elevate, aumentando potenzialmente la sicurezza e la durata delle batterie. Inoltre, gli elettroliti a stato solido possono consentire l’uso di anodi di litio metallico, che hanno una densità di energia maggiore rispetto ai tradizionali anodi di grafite.
Sfide di ricerca:
- Sviluppo di elettroliti allo stato solido ad elevata conducibilità ionica
- Garantire un buon contatto tra l'elettrolita a stato solido e gli elettrodi
- Affrontare i problemi legati al degrado e alla durata della batteria
Potenziali vantaggi:
- Maggiore densità energetica e maggiore sicurezza rispetto alle attuali batterie agli ioni di litio
- Durata di vita più lunga e intervallo di temperature di funzionamento più ampio
- Rischio ridotto di fuga termica e incendi
Cronologia:
- Gli sforzi di ricerca e sviluppo sono in corso, con alcune batterie al litio-metallo allo stato solido che stanno già raggiungendo la fase di produzione pilota.
- La commercializzazione è prevista tra la metà e la fine degli anni 2020.
Batterie al litio-zolfo
Le batterie litio-zolfo offrono il potenziale per una densità energetica ancora più elevata rispetto alle batterie agli ioni di litio, a causa dell’elevata capacità specifica teorica dello zolfo (1675 mAh/g). Inoltre, lo zolfo è abbondante ed economico, il che lo rende un materiale catodico attraente.
Sfide:
- Lo zolfo subisce complesse reazioni elettrochimiche durante la carica/scarica, portando allo sbiadimento della capacità e alla riduzione del ciclo di vita.
- La dissoluzione degli intermedi polisolfuri può causare problemi con la stabilità e le prestazioni della batteria.
- La scarsa conduttività elettrica dello zolfo richiede l'uso di additivi conduttivi.
Potenziali vantaggi:
- Densità energetica significativamente più elevata rispetto alle attuali batterie agli ioni di litio
- Minori costi grazie all'utilizzo dello zolfo come materiale catodico
- Potenziale per una maggiore durata e una migliore sicurezza
Cronologia:
- Gli sforzi di ricerca e sviluppo sono in corso, con alcune batterie al litio-zolfo che mostrano prestazioni promettenti nei test di laboratorio.
- La commercializzazione potrebbe richiedere ancora diversi anni poiché è necessario superare le sfide legate alla stabilità e alla durata della vita.
Batterie al litio-aria
Le batterie litio-aria hanno il potenziale per raggiungere densità di energia estremamente elevate, poiché utilizzano l’ossigeno dell’aria come materiale catodico. Ciò potrebbe consentire riduzioni significative di peso e volume rispetto alle tradizionali batterie agli ioni di litio.
Sfide di ricerca:
- Le batterie litio-aria sono altamente sensibili all'umidità e alle impurità presenti nell'aria, il che comporta problemi di stabilità e sicurezza.
- Il processo di ricarica comporta la formazione di dendriti di litio, che possono causare cortocircuiti e guasti alla batteria.
- È necessario migliorare la durata del ciclo e la reversibilità della reazione di riduzione dell'ossigeno.
Potenziali vantaggi:
- Densità di energia senza precedenti, che potrebbe rivoluzionare l'autonomia dei veicoli elettrici e le capacità dei dispositivi portatili
- Utilizzo di ossigeno abbondante e liberamente disponibile dall'aria come materiale catodico
Cronologia:
- Le batterie litio-aria sono ancora nelle prime fasi di ricerca e sviluppo. È necessario affrontare sfide significative prima di poterle prendere in considerazione per applicazioni commerciali.
