Un team di ricercatori dal Erik Jonsson Facoltà di Ingegneria e Scienza dell'Informazione presso l'Università del Texas, Dallas (UTD) e l'Università del Nord del Texas ha sviluppato un batteria a sicurezza elevata e sicura per l'ambiente sostituto che potrebbe allungare la durata della batteria fino a cinque volte più a lungo.

La maggior parte degli smartphone e dei dispositivi elettronici utilizza batterie agli ioni di litio, un tipo di batteria ricaricabile che non dura particolarmente a lungo. Negli smartphone, le batterie agli ioni di litio possono durare circa un giorno, spesso lasciando agli utenti l'inconveniente di una batteria scarica.

Per affrontare questa limitazione, i ricercatori hanno sviluppato un metodo per utilizzare batterie al litio-zolfo, un tipo di batteria che immagazzina quasi il doppio dell'energia delle batterie agli ioni di litio.

La ricerca è pubblicata sulla rivista Natura Nanotecnologia.

Perché lo zolfo di litio?

Le batterie al litio-zolfo sono state a lungo considerate un passo desiderabile nell'evoluzione della durata della batteria.

Secondo i ricercatori, le batterie al litio-zolfo sono meno costose da produrre, pesano meno e sono migliori per l'ambiente rispetto alle batterie agli ioni di litio.

"Di solito, i metalli al cobalto e al nichel sono usati per batterie agli ioni di litio convenzionali", ha detto Jeongwoon Hwang, ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di Scienza e ingegneria dei materiali dell'UTD. "Questi materiali esistono naturalmente in forme di ossido di metallo e dovrebbero essere ridotti a elementi metallici utilizzando acido forte per l'uso. Quando lo smaltimento dei sottoprodotti del processo di riduzione non viene elaborato correttamente, è dannoso per l'ambiente. Al contrario, lo zolfo esiste naturalmente in forma elementare. "

Inoltre, le batterie al litio-zolfo hanno una capacità da circa tre a cinque volte superiore rispetto alle batterie agli ioni di litio, Kyeongjae “KJ” Cho, professore di scienza dei materiali e ingegneria e direttore del Multiscale Simulation Lab di UTD, ha detto in una nota.

In teoria, ciò significherebbe che se la batteria dello smartphone attualmente dura solo tre ore, potrebbe durare da nove a 15 ore con una batteria al litio-zolfo.

Sfortunatamente, le batterie al litio-zolfo presentano le loro sfide.

Problemi di batteria al litio-zolfo

Un problema con le batterie al litio-zolfo è che lo zolfo è un cattivo conduttore e può diventare instabile molto rapidamente.

Inoltre, gli elettrodi nelle batterie al litio-zolfo si rompono spesso, il che spiega perché queste batterie non sono comunemente usate.

Gli scienziati hanno cercato di risolvere questi problemi mettendo il litio metallico su un elettrodo e lo zolfo sull'altro per evitare di rompere gli elettrodi e mantenere le batterie conduttive. Questi tentativi sono falliti perché il litio metallico è spesso troppo instabile e lo zolfo è troppo isolante.

La Soluzione

Ma i ricercatori di UTD hanno capito come aggirare questi problemi. La loro nuova tecnologia può produrre una sostanza di nanotubi di zolfo e carbonio che crea più conduttività su un elettrodo e un rivestimento nanomateriale per creare stabilità per l'altro elettrodo.

I ricercatori hanno scoperto che il molibdeno, un elemento metallico comunemente usato per il suo potere ad alta resistenza, può creare un materiale che regola lo spessore del rivestimento, che è più sottile della seta di una ragnatela, quando combinato con due atomi di zolfo.

Hanno trovato questo per migliorare la stabilità e aiutare con il problema della conduttività nello zolfo, fornendo in definitiva una maggiore densità di potenza.

I ricercatori ritengono che questa tecnologia sia esattamente ciò che è necessario per rendere commercialmente valide le batterie al litio-zolfo.

"Questo è quello che tutti cercavano da molto tempo", ha affermato Cho in una nota. “Questa è la svolta. Stiamo cercando di sopprimere le reazioni collaterali. È una tecnologia di protezione. "

Potenziali applicazioni

Questa tecnologia potrebbe cambiare la durata della batteria come la conosciamo.

"Stiamo portando questo al passo successivo e stabilizzeremo completamente il materiale e lo porteremo alla tecnologia commerciale effettiva e pratica", ha affermato Cho in una nota.

I ricercatori ritengono che le batterie al litio-zolfo avranno molte applicazioni elettriche.

"Lo zolfo è leggero ma ha un grande volume", ha detto Hwang. “Pertanto, una batteria al litio-zolfo può essere applicata laddove il peso è più importante del volume. Una possibile applicazione è un veicolo aereo senza pilota (o drone), che non deve essere piccolo come uno smartphone ma deve essere leggero. Inoltre, poiché le batterie al litio-zolfo sono più economiche rispetto alle tradizionali batterie agli ioni di litio, possono essere applicate allo stoccaggio su larga scala di energia elettrica, come lo stoccaggio di energia di rete. "