Quando possiamo aspettarci di percorrere tutta la Germania con un'auto elettrica senza dover ricaricare la batteria? Chimici presso il Cluster NIM presso LMU e presso l'Università di Waterloo in Ontario, Canada, hanno ora sintetizzato un nuovo materiale che potrebbe indicare la via da seguire per le batterie litio-zolfo all'avanguardia.
Il fatto che il futuro del traffico automobilistico appartenga o meno all'auto elettrica che fa le fusa dipende in gran parte dallo sviluppo delle sue batterie. L'industria sta attualmente riponendo la maggior parte delle sue speranze nelle batterie al litio-zolfo, che hanno una capacità di stoccaggio molto elevata. Inoltre, grazie all'inclusione di atomi di zolfo, sono più economici da realizzare e meno tossici dei tradizionali alimentatori agli ioni di litio.
Però, la batteria al litio-zolfo presenta ancora diverse sfide importanti che devono essere risolte fino a quando non potrà essere integrata nelle auto. Per esempio, sia la velocità che il numero di possibili cicli di carica-scarica devono essere aumentati prima che la batteria al litio-zolfo possa diventare un'alternativa realistica alle batterie agli ioni di litio.
Molti pori per lo zolfo
I chimici Professor Thomas Bein (LMU), Coordinatore della Divisione Conversione Energetica della Nanosistemi Initiative Monaco di Baviera, Professor Linda Nazar (Università di Waterloo, Waterloo Institute of Nanotechology) e i loro colleghi sono ora riusciti a produrre un nuovo tipo di nanofibra, la cui struttura altamente ordinata e porosa gli conferisce un rapporto superficie-volume straordinariamente elevato. Così, un campione del nuovo materiale delle dimensioni di una zolletta di zucchero presenta una superficie equivalente a quella di più di sette campi da tennis.
"L'elevato rapporto superficie-volume, e l'elevato volume dei pori è importante perché consente allo zolfo di legarsi all'elettrodo in modo finemente suddiviso, con carico relativamente elevato. Insieme alla sua facile accessibilità, ciò aumenta l'efficienza dei processi elettrochimici che avvengono nel corso dei cicli di carica-scarica. E le velocità delle reazioni chiave all'interfaccia elettrodo di zolfo-elettrolita, che coinvolgono sia gli elettroni che gli ioni, dipendono fortemente dalla superficie totale disponibile, "come Benjamin Mandlmeier, un postdoc presso l'Istituto di Bein e un primo co-autore del nuovo studio, spiega.
La ricetta segreta
Una nuova ricetta e una modalità di sintesi abilmente progettata sono i fattori chiave che determinano le proprietà dei nuovi materiali. Per sintetizzare le fibre di carbonio, i chimici prima preparano un poroso, modello tubolare della silice, a partire da quelli disponibili in commercio, ma fibre non porose. Questo modello viene quindi riempito con una speciale miscela di carbonio, biossido di silicio e tensioattivi, che viene poi riscaldato a 900°C. Infine il modello e il SiO2 vengono rimossi mediante un processo di attacco. Durante la procedura, i nanotubi di carbonio – e quindi la dimensione dei pori – si restringono in misura minore di quanto farebbero in assenza del modello di confinamento, e le fibre stesse sono corrispondentemente più stabili.
"I materiali nanostrutturati hanno un grande potenziale per la conversione e lo stoccaggio efficiente di energia elettrica, " afferma Thomas Bein. "Noi del Cluster NIM continueremo a collaborare strettamente con i nostri colleghi della rete bavarese SolTech per esplorare e sfruttare le proprietà di tali strutture e le loro applicazioni pratiche".
