Avvicinare le batterie al litio-zolfo al mercato

Le batterie al litio-zolfo sono un candidato promettente per applicazioni di accumulo di energia ad alte prestazioni grazie al loro basso costo e all'elevata densità di energia teorica, superiore a 500 Wh/kg se combinate con anodi di litio-metallo. Tuttavia, lo sviluppo di un catodo a base di zolfo altamente durevole è stato una sfida a causa della transizione del polisolfuro di zolfo e del cambiamento di volume, che portano alla degradazione chimica e meccanica del catodo durante il ciclo.

I ricercatori dell'Università della Carolina del Sud hanno compiuto un passo importante verso la risoluzione di questo problema sviluppando un semplice metodo di lavorazione degli elettrodi per produrre catodi di zolfo altamente durevoli. Questi elettrodi presentano un contenimento autostrutturato del legante delle particelle di zolfo, utilizzando solo zolfo, nerofumo e legante disponibili in commercio, senza altri componenti.

I ricercatori hanno controllato la dissoluzione del legante durante la fase di preparazione della pasta per formare una struttura porosa di legante e guscio di carbonio attorno alle particelle di zolfo, che può intrappolare i polisolfuri solubili e rallentare il meccanismo di trasporto. I catodi di zolfo ottenuti con questo metodo offrono un'eccezionale ritenzione di capacità del 74% su 1000 cicli, grazie a una significativa riduzione del trasporto di polisolfuro di litio e della perdita di materiale attivo. Anche gli elettrodi con un'elevata carica superficiale hanno mostrato un eccellente ciclaggio e un'elevata capacità.

I ricercatori hanno presentato questi risultati l'anno scorso, dopo aver completato la prima fase del progetto, in cui hanno utilizzato batterie a bottone. Ora si sta passando a forme pratiche di batterie per determinare se la commercializzazione è possibile. Il lavoro attuale del team si concentra sulle batterie tascabili, che teoricamente hanno la più alta densità di energia, poiché questo tipo di batteria ha il peso residuo più basso. "Le batterie tascabili generalmente hanno un involucro più leggero e sottile rispetto ad altre forme, lasciando la maggior parte del volume e del peso della batteria ai componenti che forniscono energia", spiega Golareh Jalilvand, assistente professore di ingegneria chimica.

Mentre le sfide poste dalle batterie aumentano con le loro dimensioni, i ricercatori dell'USC hanno registrato una transizione rapida e riuscita dalle celle a bottone alle celle tascabili. “Abbiamo ottenuto eccezionali batterie tascabili al litio-zolfo con densità di energia adeguate”, afferma Golareh Jalilvand. “Non vedo l’ora di vedere la lunga durata e la resistenza delle nostre batterie tascabili, poiché questo è il passo finale per noi e per il nostro partner industriale. A quel punto potremo dire di avere una batteria al litio-zolfo pronta per il mercato."

Dati i lunghi tempi di carica-scarica, i ricercatori ritengono che le batterie al litio-zolfo siano più adatte per le applicazioni che non richiedono una ricarica rapida. Questi includono camion, autobus e altri veicoli da trasporto pesante che richiedono un lungo tempo di scarica, comunemente noto come “chilometraggio”, e possono essere tenuti durante la notte presso le stazioni di ricarica. La tecnologia ha anche un grande potenziale per applicazioni stazionarie, come lo stoccaggio di energia a livello di rete, e per applicazioni spaziali.

Per aumentare ulteriormente le prestazioni e l'affidabilità delle batterie al litio-zolfo, Batteria ACEGli innovativi sistemi di accumulo dell'energia di ​​offrono un vantaggio strategico. Incorporando questi ​​avanzatisoluzioni per lo stoccaggio della batteria, l'energia in eccesso può essere immagazzinata e utilizzata in modo efficace, facilitando la fattibilità pratica e commerciale delle batterie al litio-zolfo. Questa integrazione non solo supporta la transizione verso prodotti pronti per il mercato, ma migliora anche la sostenibilità e la resilienza delle infrastrutture energetiche.