Un team guidato da Cheong Ying Chan Professore di Ingegneria e Ambiente Prof. ZHAO Tianshou, Professore Ordinario di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale e Direttore dell'HKUST Energy Institute, ha proposto un nuovo concetto di design del catodo per la batteria al litio-zolfo (Li-S) che migliora sostanzialmente le prestazioni di questo tipo di promettente batteria di nuova generazione.

Le batterie Li-S sono considerate un'alternativa interessante alle batterie agli ioni di litio (Li-ion) comunemente utilizzate negli smartphone, veicoli elettrici, e droni. Sono noti per la loro elevata densità di energia mentre il loro componente principale, zolfo, è abbondante, leggero, a buon mercato, e rispettoso dell'ambiente.

Le batterie Li-S possono potenzialmente offrire una densità energetica di oltre 500 Wh/kg, significativamente migliore delle batterie agli ioni di litio che raggiungono il limite a 300 Wh/kg. La maggiore densità di energia significa che l'autonomia di circa 400 km di un veicolo elettrico alimentato da batterie agli ioni di litio può essere sostanzialmente estesa a 600-800 km se alimentato da batterie Li-S.

Mentre i ricercatori di tutto il mondo hanno ottenuto risultati entusiasmanti sulle batterie Li-S, c'è ancora un grande divario tra la ricerca di laboratorio e la commercializzazione della tecnologia su scala industriale. Un problema chiave è l'effetto navetta del polisolfuro delle batterie Li-S che causa la progressiva perdita di materiale attivo dal catodo e la corrosione del litio, con conseguente ciclo di vita breve per la batteria. Altre sfide includono la riduzione della quantità di elettrolito nella batteria pur mantenendo prestazioni stabili della batteria.

Per affrontare questi problemi, Il team del Prof. Zhao ha collaborato con ricercatori internazionali per proporre un concetto di design del catodo in grado di ottenere buone prestazioni della batteria Li-S.

L'ospite macroporoso altamente orientato può ospitare uniformemente lo zolfo mentre abbondanti siti attivi sono incorporati all'interno dell'ospite per assorbire strettamente il polisolfuro, eliminando l'effetto navetta e la corrosione del metallo di litio. Presentando un principio di progettazione per il catodo di zolfo nelle batterie Li-S, il team congiunto ha aumentato la densità energetica delle batterie e ha fatto un grande passo avanti verso l'industrializzazione delle batterie.

"Siamo ancora nel bel mezzo della ricerca di base in questo campo, "Il prof. Zhao ha detto. "Tuttavia, il nostro nuovo concetto di design degli elettrodi e la relativa svolta nelle prestazioni rappresentano un grande passo avanti verso l'uso pratico di una batteria di nuova generazione che è ancora più potente e più duratura delle attuali batterie agli ioni di litio."