Fino al 99,9999% di efficienza coulombiana: La nuova tecnologia delle batterie Li-metallo potrebbe potenziare gli EV, gli smartphone e altro ancora

Un team di ricerca dell'Università di Shandong ha sviluppato un nuovo materiale elettrodico che non subisce i cambiamenti fisici di volume che causano il rapido degrado delle batterie Li-metal (litio-metallo). Il nuovo materiale - descritto in Nature Nanotechnology - potrebbe portare a batterie Li-metal ad alta densità energetica commercialmente valide, con il risultato di veicoli elettrici a più lunga autonomia e dispositivi con batterie più grandi in corpi compatti.

Le batterie Li-metallo sono state a lungo considerate un Santo Graal nella tecnologia delle batterie, perché possono immagazzinare più energia per volume rispetto alle batterie agli ioni di litio. Tuttavia, il loro sviluppo è stato ostacolato da molteplici problemi, tra cui il problema del 'cambiamento di volume'. Il problema del cambiamento di volume comporta l'espansione e la contrazione degli elettrodi (critici agli anodi) durante la carica e la scarica, con conseguenti crepe e degrado delle celle.

Il nuovo design affronta questo problema creando un ospite composito per il litio, utilizzando ossido di grafene ridotto e ossido di zinco. Questa struttura presenta cavità rigide che trattengono il litio. In questo modo si evita che l'elettrodo nel suo complesso cambi dimensioni, fungendo al contempo da "armatura anticorrosione" che protegge il litio reattivo dall'elettrolita corrosivo.

I risultati sono stati promettenti. Nei test di laboratorio, il nuovo elettrodo ha consentito un'efficienza di carica tra il 99,99% e il 99,9999% per quasi 2.000 cicli - superando di gran lunga la soglia di stabilità necessaria per una batteria pratica. Calcolando il numero medio - 99,99495% - la batteria manterrà teoricamente oltre il 95% della sua capacità dopo 1.000 cicli. Questo calcolo non tiene conto di altri fattori.

Abbiamo riportato una scoperta simile circa 2 settimane fa, ottenuta da un team di ricerca di KAIST e LG Energy Solution. Quella ricerca - pubblicata su Nature Energy - si è concentrata su un nuovo elettrolita liquido che risolve il problema delle dendriti nelle batterie Li-metalliche, dando vita a una batteria in grado di garantire un'autonomia di 500 miglia con una carica di 12 minuti.

I ricercatori che hanno creato il nuovo elettrodo 'zero-volume-change' stanno ora lavorando per migliorare il loro design per l'uso commerciale, con l'obiettivo di avere batterie disponibili in commercio attraverso partnership industriali nei prossimi 3-5 anni.

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