Nuovi orizzonti per le batterie Litio-Zolfo

Le batterie litio-zolfo, da tempo considerate uno dei più promettenti sostituti alla tecnologia agli ioni di litio, stanno vivendo una fase di notevole fermento scientifico. Nonostante la loro leggerezza, elevata densità energetica e costi contenuti, queste batterie sono state a lungo considerate poco competitive sul mercato. Tuttavia, negli ultimi anni, una serie di miglioramenti ha alimentato la speranza di renderle più competitive e ha spinto gli studiosi verso una nuova frontiera: le batterie litio-zolfo allo stato solido.

Il passaggio da un elettrolita liquido organico, tipico delle attuali batterie litio-zolfo, ad uno stato solido promette un aumento esponenziale dell'energia specifica, raggiungendo un valore teorico di 2600 Wh/kg. Nonostante questa cifra possa sembrare irrealistica nella pratica, l'obiettivo di migliorare le prestazioni delle batterie è un motore di ricerca incessante. Tuttavia, le sfide da affrontare sono significative. Le caratteristiche intrinseche del catodo in zolfo tendono ad compromettere rapidamente le prestazioni complessive e la durata del dispositivo. Lo zolfo, infatti, non solo è un pessimo conduttore di elettroni, ma subisce anche una notevole espansione e contrazione durante il ciclo di carica e scarica, provocando danni strutturali e riducendo il contatto con l'elettrolita solido.

Per superare queste sfide, un gruppo di scienziati guidato dai ricercatori del Sustainable Power and Energy Center presso l'Università della California, San Diego, ha sviluppato un nuovo materiale catodico. Si tratta di un cristallo composto da zolfo e iodio, dove le molecole di iodio aumentano drasticamente la conduttività elettrica del catodo. Questo nuovo materiale cristallino ha anche un basso punto di fusione (65°Celsius), che gli consente di riparare facilmente le interfacce danneggiate dopo la carica. Questa caratteristica è fondamentale per affrontare il danno cumulativo che si verifica all'interfaccia solido-solido tra il catodo e l'elettrolita durante le operazioni di carica e scarica.

Per convalidare l'efficacia del nuovo catodo, i ricercatori hanno costruito una batteria litio-zolfo allo stato solido sperimentale e l'hanno sottoposta a ripetuti cicli di carica e scarica. I risultati sono stati incoraggianti: il dispositivo è rimasto stabile per oltre 400 cicli, mantenendo l'87% della sua capacità iniziale.