Innovativo! Università coreana crea batteria al litio con densità energetica del 40% superiore alle attuali

Un team di ricerca della Pohang University of Science & Technology è riuscito a sviluppare una batteria al litio priva di anodi. Il progetto riesce ad ottenere una massimizzazione della densità energetica e la migliora del 40% rispetto alle normali batterie. Il lavoro del team è stato pubblicato su Advanced Functional Materials.

Il team di ricerca dell’Università di Scienze e Tecnologie di Pohang (POSTECH), guidato dal professor Soojin Park e dal dottorando Sungjin Cho (Dipartimento di Chimica), in collaborazione con il professor Dong-Hwa Seo e il dottor Dong Yeon Kim (Scuola di Energia e Ingegneria Chimica) dell’Istituto di Scienze e Tecnologie di Ulsan (UNIST), ha sviluppato batterie al litio prive di anodo con prestazioni di lunga durata con una singola carica.

L’industria coreana delle batterie si è impegnata a trovare modi rivoluzionari per aumentare la capacità della batteria introducendo nuove tecnologie o altri materiali anodici, ma alla fine la soluzione è stata anche più semplice. Il team si è chiesto: “E se ci liberassimo completamente dei materiali anodici , che con il loro decadimento inficiano la durata e l’efficienza delle batterie?”.

La nuova batteria senza anodo ha una densità di energia volumetrica di 977Wh/L, il 40% in più rispetto alle batterie convenzionali (700wh/L).

Le batterie solitamente modificano la struttura cristallina dei materiali anodici poiché gli ioni di litio fluiscono da e verso l’elettrodo durante le ripetute operazioni di carica e scarica. Per questo motivo la capacità della batteria diminuisce nel tempo. Si pensava che se fosse stato possibile caricare e scaricare solo con un collettore di corrente ad anodo nudo, senza materiali anodici, la densità di energia – che determina la capacità della batteria – sarebbe aumentata. Tuttavia, questo metodo presenta un punto debole critico che causa un rigonfiamento significativo del volume dell’anodo e riduce il ciclo di vita della batteria. Il rigonfiamento è dovuto all’assenza di uno stoccaggio stabile del litio nell’anodo.

Per superare questo problema, il team di ricerca è riuscito a sviluppare una batteria senza anodo in un elettrolita liquido a base di un carbonato di uso comune, aggiungendo un substrato conduttore di ioni. Il substrato non solo forma uno strato protettivo per l’anodo, ma aiuta anche a minimizzare l’espansione in massa dell’anodo.

Lo studio del team ha dimostrato che la batteria ha mantenuto un’elevata capacità di 4,2 mAh cm-2 e un’alta densità di corrente di 2,1 mA cm-2 per un lungo periodo nell’elettrolita liquido a base di carbonato. È stato inoltre dimostrato, sia in teoria che attraverso esperimenti, che i substrati possono immagazzinare il litio. Inoltre, ciò che sta attirando ancora di più l’attenzione è che il team ha dimostrato con successo le semicelle allo stato solido utilizzando un elettrolita solido a base di solfuro di argyrodite. Si prevede che questa batteria accelererà la commercializzazione di batterie non esplosive, poiché mantiene una capacità elevata per periodi più lunghi.

In realtà non sarebbe corretto parlare di una batteria “Senza anodo”: l’anodo c’è, si forma nel substrato di protezione citato prima, ma appunto viene continuamente rinnovato, per cui il problema della durata viene ad essere minimizzato. Gli studi sono interessanti, ma sono ancora solo agli inizi, per cui aspettiamoci altri colpi di scena.