Un team di ricercatori sudcoreani ha recentemente presentato un innovativo materiale in carbonio poroso dopato di azoto
Progettato per migliorare in modo significativo la velocità di ricarica delle batterie al litio-zolfo. Questa scoperta, sviluppata presso l’Istituto di Scienza e Tecnologia di Daegu Gyeongbuk (DGIST), affronta con successo il problema della lenta ricarica che ha finora ostacolato la commercializzazione delle batterie al litio-zolfo esistenti.
Il metodo ideato dal team sudcoreano
Si concentra sulla ridirezione della formazione di solfuro di litio (Li2S) al fine di ottimizzare le prestazioni della batteria, riducendo al contempo la passivazione dell’elettrodo. Grazie a questa innovazione, la batteria Li-S è ora in grado di ricaricarsi e scaricarsi rapidamente a 5C, completando una ricarica in soli 12 minuti e mantenendo l’82% della sua capacità dopo 1.000 cicli.
Le batterie al litio-ionico
Fondamentali per tecnologie eco-sostenibili come i veicoli elettrici, si trovano ad affrontare limitazioni legate alla capacità energetica e ai costi elevati. Al contrario, le batterie al litio-zolfo stanno emergendo come una promettente opzione di prossima generazione grazie alla loro elevata densità energetica e al costo contenuto del materiale di zolfo.
Tuttavia, la commercializzazione delle batterie al litio-zolfo è stata finora rallentata da sfide come la scarsa utilizzazione dello zolfo durante la ricarica rapida
Che comporta una riduzione della capacità complessiva. Inoltre, i polisolfuri di litio generati durante il processo di scarica tendono a migrare all’interno della batteria, compromettendo ulteriormente le prestazioni.
Per superare tali ostacoli, il team di ricerca ha sviluppato un nuovo materiale in carbonio altamente grafitico e multiporoso, opportunamente dopato di azoto
E lo ha integrato nella struttura delle batterie al litio-zolfo. Questa innovativa tecnologia è riuscita a mantenere una capacità energetica elevata anche in condizioni di ricarica rapida, affrontando con successo le problematiche legate all’utilizzo dello zolfo e migliorando le prestazioni complessive della batteria, avvicinandola così alla fase di commercializzazione.
Il processo di creazione del nuovo materiale in carbonio
Ha coinvolto una riduzione termica che ha visto il coinvolgimento di magnesio e ZIF-8, un telaio metallo-organico. A temperature elevate, il magnesio ha reagito con l’azoto presente nel ZIF-8, conferendo maggiore stabilità alla struttura del carbonio e generando una serie di pori che hanno migliorato il carico di zolfo e il contatto con l’elettrolita, contribuendo così a potenziare le prestazioni della batteria.
Grazie a questo nuovo materiale in carbonio
La batteria al litio-zolfo ha raggiunto una capacità di 705 milliampere-ore per grammo (mAh g-1), che rappresenta un miglioramento del 1,6 volte rispetto alle batterie convenzionali, anche in condizioni di ricarica rapida che richiedono soli 12 minuti per una ricarica completa. Il doping di azoto sulla superficie del carbonio ha inoltre contribuito a prevenire il movimento dei polisolfuri di litio all’interno della batteria, preservando così le prestazioni nel lungo termine.
Il team di ricerca ha condotto approfondite analisi microscopiche
Che hanno confermato che il Li S si è formato in modo specifico all’interno delle strutture stratificate del nuovo materiale in carbonio, dimostrando l’efficacia del doping di azoto e della struttura porosa nel migliorare il carico di zolfo e accelerare le reazioni, facilitando una ricarica più veloce.
Il Professor Jong-sung Yu, del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dell’Energia presso il DGIST
Ha espresso ottimismo riguardo alla possibilità che questa innovazione possa accelerare la commercializzazione delle batterie al litio-zolfo, sottolineando l’importanza di questa ricerca per il settore. I dettagli completi dello studio condotto dal team sono stati pubblicati sulla rivista ACS Nano, confermando l’importanza e la rilevanza di questa nuova tecnologia nel campo delle batterie al litio-zolfo.
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