Nuova batteria al litio-metallo con densità energetica da record: 560 wattora per chilogrammo

Abstract grafico (credito: DOI: 10.1016/j.joule.2021.06.014 : Joule)

Una densità energetica da record è stata raggiunta da un team di ricercatori dell’Istituto di Tecnologia di Karlsruhe e dell’Istituto Helmholtz Ulma (HIU). I ricercatori hanno usato un nuovo tipo di batterie al litio-metallo per raggiungere una densità di 560 wattora per chilogrammo (il peso si basa su quello totale dei materiali attivi). Inoltre, cosa fondamentale, hanno raggiunto questo record con un livello di stabilità sufficiente per il funzionamento continuo della stessa batteria.

Combinazione di catodo e elettrolita particolare

La batteria fa ricorso ad una combinazione di catodo e elettrolita particolare: il catodo è particolarmente ricco di nichel e ciò consente un livello di immagazzinamento dell’energia più elevato. Inoltre la batteria può contare su un elettrolita liquido ionico per dare stabilità al funzionamento della stessa batteria per diversi cicli.
Le batterie agli ioni di litio stanno dimostrando i loro limiti in diverse applicazioni, in particolare per quanto riguarda le auto elettriche. Per queste ultime, ci sarebbe bisogno di batterie più leggere e compatte e, soprattutto, con una autonomia più ampia.

Il problema è sempre la stabilità

Il problema rimane sempre lo stesso: la stabilità della batteria che dipende sostanzialmente dal funzionamento degli elettrodi.
I ricercatori dei due istituti tedeschi hanno usato un catodo a strati con poco cobalto ma molto ricco di nichel per raggiungere un livello di densità molto elevato.

Elettrolita liquido ionico a doppio anione non volatile

Nel corso di un primo tentativo la capacità di stoccaggio di energia diminuiva con l’aumentare del numero di cicli in quanto i ricercatori utilizzavano un normale elettrolita organico disponibile commercio (l’LP30). Le cose sono migliorate moltissimo quando i ricercatori hanno poi fatto ricorso ad un elettrolita liquido ionico a doppio anione non volatile, un elettrolita scarsamente infiammabile.
Come spiega Guk-Tae Kim, un ricercatore dell’Helmholtz che sta partecipando agli studi, con questo nuovo elettrolita ionico le modifiche strutturali in cui incorre il catodo con il funzionamento si riducono in maniera significativa.

Note e approfondimenti

  1. Dual-anion ionic liquid electrolyte enables stable Ni-rich cathodes in lithium-metal batteries: Joule (IA) (DOI: 10.1016/j.joule.2021.06.014)

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