Gli elettrodi di carbone soffici portano le batterie al litio più vicine alla realtà

Dieci volte più energia rispetto agli ioni di litio - ma ancora dieci anni di riposo: un elettrodo di carbone morbido ha portato gli scienziati dell'Università di Cambridge ad avvicinarsi di più alla produzione di una batteria funzionante al litio, ma rimangono molte sfide tecniche.

Le batterie agli ioni di litio odierne sono leggere ma ingombranti per la carica che immagazzinano. Altre batterie chimiche hanno una maggiore densità di energia. Per anni, gli scienziati hanno cercato modi per produrre batterie con tutti i vantaggi degli ioni di litio, ma occupano meno spazio.

Le batterie al litio, con una densità di energia teorica dieci volte superiore a quella degli ioni di litio, sono visto come la via da seguire, ma i modelli sperimentali hanno finora dimostrato instabile, con bassi tassi di carica o di scarica e bassa efficienza energetica. Peggio ancora, possono funzionare solo in ossigeno puro, rendendoli poco pratici per l'uso in un'atmosfera normale.

Il problema atmosferico è ancora irrisolto, ma in un articolo pubblicato sulla rivista Science on Friday, i ricercatori dell'Università di Cambridge descrivono come Ho risolto alcuni dei problemi di stabilità ed efficienza aggiungendo ioduro di litio e utilizzando un elettrodo di carbone morbido fatto di fogli di grafene.

Gli elettrodi positivi e negativi nelle batterie agli ioni di litio sono costituiti rispettivamente da un ossido di metallo e grafite. Un sale di litio sciolto in un solvente organico agisce come un elettrolita, trasportando ioni di litio tra i due elettrodi.

Nella batteria a litio sviluppata da Tao Liu, Clare P. Gray e colleghi di Cambridge, l'elettrodo di carbonio è fatto di una forma porosa di grafene.

Hanno scelto di immagazzinare la carica formando e rimuovendo il litio idrossido di litio (LiOH) piuttosto che il perossido di litio utilizzato in altri modelli di batterie a litio-aria.

Aggiungendo ioduro di litio sono stati in grado di evitare molte delle reazioni chimiche indesiderate che hanno lentamente avvelenato i precedenti progetti. Ciò ha migliorato la stabilità della cella anche dopo diversi cicli di carica e scarica. Finora, sono stati in grado di ricaricare la cella 2000 volte.

Questo e altri ritocchi al loro design hanno permesso loro di mantenere il divario di tensione tra carica e scarica in linea con quello delle celle agli ioni di litio, circa 0,2 volt, rispetto a 0,5-1 V per altri modelli di aria al litio. Questo, dicono, rende la cella al 93% a basso consumo energetico.

Ci sono ancora una serie di problemi da risolvere, tuttavia, prima che la batteria possa entrare nella produzione commerciale. La sua capacità dipende molto dalla velocità di carica e scarica ed è ancora suscettibile alla formazione di dendriti, fibre di litio puro che possono cortocircuitare l'elettrodo della batteria e causare un'esplosione. C'è anche il problema dell'aria, che contiene azoto, anidride carbonica e vapore acqueo oltre all'ossigeno puro che richiede la cellula sperimentale.