Batterie litio-aria, un nuovo record di durata

Un paio di anni fa, la tecnologia delle batterie litio-aria veniva definita come molto promettente, e lasciava intravedere la possibilità di decuplicare in pochi anni la durata delle attuali batterie agli ioni di litio. Siamo ancora in fase sperimentale, ma i progressi non mancano. L’ultimo arriva dai laboratori del Mit di Boston, dove già i ricercatori erano riusciti a implementare la quantità di energia immagazzinata grazie all’uso di catalizzatori basati su metalli nobili. Ora, Yang Shao-Horn e Carl Thompson, del Department of Materials Science and Engineering, sono infatti riusciti ad aumentare l’accumulo di energia in questi nuovi dispositivi di 4 volte rispetto allo stato dell’arte. Come è spiegato su Energy and Environmental Science. 

Le batterie litio-aria possono stoccare più energia di quelle agli ioni di litio, pur mantenendo lo stesso peso, perché sostituiscono uno degli elettrodi solidi pesanti con uno, poroso, di carbonio. Durante il processo di scarica della batteria, grazie alla reazione chimica degli ioni di litio con l’ossigeno, si formano particelle di perossido di litio che si accumulano negli spazi vuoti del carbonio; la batteria è scarica quando è esaurito tutto lo spazio disponibile. Di conseguenza, nel design di una batteria ideale, è importante minimizzare la quantità di carbonio, che aggiunge peso indesiderato, e massimizzare lo spazio disponibile per il perossido di litio. Da qui l’idea di Shao-Horn e Thompson di organizzare il carbonio in modo efficiente: in nanofibre. 

A differenza degli elettrodi attuali, in cui le particelle sono disposte casualmente, questa organizzazione “a tappeto” consente di portare la porosità a valori molto alti, fino al 90 per cento. “Abbiamo cresciuto file di nanofibre di carbonio allineate verticalmente, utilizzando un processo di deposizione a vapore. Questi tappeti forniscono una struttura altamente conduttiva e a bassa densità per lo stoccaggio di energia”, ha spiegato Robert Mitchell, co-autore dello studio. La potenza accumulata per unità di peso, chiamata energia gravimetrica, è per questi nuovi elettrodi tra i più alti valori riportati ad oggi – fino a quattro volte superiore alle attuali batterie. 

Manipolare la struttura del carbonio sembra dunque la strada giusta per aumentare la densità di energia delle batterie litio-aria, come ha sottolineato anche un’altra autrice della ricerca, Betar Gallant. E c’è un altro vantaggio: è possibile utilizzare un microscopio a scansione elettronica per osservare il comportamento degli elettrodi durante la fase di scarica della batteria. Questa possibilità di monitorare il processo rappresenta un ulteriore passo verso il miglioramento delle prestazioni.

Riferimento: DOI: 10.1039/C1EE01245B

Immagine: Courtesy of Mitchell, Gallant, and Shao-Horn