Da Singapore ecco la batteria litio-zolfo a stato semi-solido dalle prestazioni elevatissime

Ricercatori dei NanoBio Lab della A*STAR di Singapore hanno progettato un elettrolita semisolido per batterie al litio-zolfo in grado di migliorare la loro sicurezza senza comprometterne le prestazioni. La promettente tecnologia apre la strada a nuove soluzioni di alimentazione efficienti utilizzabili in diversi settori.

Un team di ricerca di Singapore, precisamente dei NanoBio Lab della A*STAR, ha sviluppato una nuova batteria al litio-zolfo che, a quanto affermano, supera i limiti dei progetti precedenti. Le batterie al litio-zolfo a stato solido, infatti, hanno due vantaggi cruciali rispetto alle batterie agli ioni di litio classiche: sono molto più sicure perché utilizzano un elettrolita solido che non tende a prendere fuoco, e consentono di stoccare fino a cinque volte la quantità di energia di una batteria attuale, a parità di peso. Purtroppo però fino ad ora questa tecnologia non è stata applicabile su vasta scala per colpa del veloce deterioramento dei materiali impiegati, che porta a una durata della vita troppo breve. L’elettrolita solido inoltre non consente un contatto ottimale con i due elettrodi, costituendo di fatto un collo di bottiglia per le prestazioni.

“Gli elettroliti quasi solidi ibridi composti sia da componenti liquidi che solidi sono emersi come un compromesso pratico per ottenere batterie più sicure mantenendo buone prestazioni”, ha spiegato la professoressa Jackie Y. Ying, a capo del team di ricercatori. “Tuttavia, l’elevata resistenza del componente solido ha finora limitato le prestazioni di tali batterie. Per ovviare a questo, abbiamo riprogettato la microstruttura del componente solido. La nostra soluzione elimina la perdita di elettroliti ed è termicamente e meccanicamente stabile”.

(Da sinistra a destra): Dr. Ayman AbdelHamid, Prof. Jackie Y. Ying e Mr. Jian Liang Cheong. Foto: A-Star

Il team di ricerca ha progettato un elettrolita quasi solido ibrido, che comprende una membrana porosa a infusione liquida costituita da fogli Li7La3Zr2O12, meglio noto come LLZO. Il team ha inoltre sviluppato un nuovo metodo, chiamato “cupcake”, per fabbricare le lastre LLZO utilizzate per costruire la struttura per l’elettrolita. LLZO è stato scelto per la sua elevata conducibilità ionica e la buona stabilità chimica ed elettrochimica. La struttura non rigida dell’elettrolita gli consente di mantenere un ottimo contatto con gli elettrodi e ne impedisce la rottura durante la manipolazione e il montaggio della batteria. Ciò si traduce in batterie più sicure con prestazioni elevate. Il nuovo elettrolita semisolido è inoltre stabile su un ampio intervallo di tensione, consentendone l’utilizzo con diversi materiali per elettrodi di batterie al litio, inclusi catodi ad alta tensione.

Una batteria al litio-zolfo prodotta con il nuovo elettrolita ha infatti già mostrato alta capacità, velocità elevata nelle operazioni di carica e scarica e grande stabilità. “La nostra struttura basata su fogli 3D è risultata cruciale per le prestazioni ottimali della batteria. Inoltre, il nostro sistema ha dimostrato un’eccezionale stabilità a temperature estreme. Questi risultati illustrano l’eccellente potenziale della nostra struttura basata su fogli come base per la realizzazione di batterie al litio semi-solide” ha concluso la Ying. Ora il team sta lavorando in direzione di una veloce commercializzazione della propria soluzione.