Il litio metallico è uno dei migliori candidati per sostituire la grafite come materiale anodico grazie alla sua elevata capacità teorica. Il problema è che le batterie che utilizzano anodi metallici al litio hanno attualmente una durata del ciclo ridotta.
Tuttavia, grazie a un nuovo elettrolita liquido ionico a doppio anione non infiammabile, questo potrebbe presto cambiare.
I ricercatori del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) e dell'Helmholtz Institute Ulm – Electrochemical Energy Storage (HIU) hanno ora trovato una soluzione. Come riporti sulla rivista Joule, stai usando una nuova promettente combinazione di materiali. Usano un catodo stratificato a basso contenuto di cobalto e ricco di nichel (NCM88). Questo offre un'elevata densità di energia. Tuttavia, con l'elettrolita organico disponibile in commercio comunemente usato (LP30), la stabilità lascia molto a desiderare. La capacità di accumulo diminuisce all'aumentare del numero di cicli di ricarica.
Perché è così, spiega il professor Stefano Passerini, Direttore dell'HIU e capo del gruppo di ricerca sull'elettrochimica delle batterie:“Nell'elettrolita LP30 si verificano crepe di particelle sul catodo. L'elettrolita reagisce all'interno di queste fessure e distrugge la struttura. Inoltre, sul catodo si forma uno spesso strato di litio contenente muschio. “I ricercatori hanno quindi utilizzato un elettrolita liquido ionico non volatile e non infiammabile con due anioni (ILE). "Con l'aiuto dell'ILE, i cambiamenti strutturali nel catodo ricco di nichel possono essere ridotti in modo significativo", riferisce il dott. Guk-Tae Kim del gruppo di ricerca sull'elettrochimica della batteria presso l'HIU.
88% di capacità trattenuta per oltre 1.000 cicli di ricarica
I risultati:con il catodo NCM88 e l'elettrolita ILE, la batteria al litio metallico raggiunge una densità di energia di 560 wattora per chilogrammo (Wh/kg). Inizialmente ha una capacità di archiviazione di 214 mAh per grammo (mAh/g); L'88% della capacità viene trattenuto per oltre 1.000 cicli di ricarica. L'efficienza Coulomb, che indica il rapporto tra capacità prelevata e fornita, è in media del 99,94%.
Poiché la batteria presentata è caratterizzata anche da un elevato livello di sicurezza, i ricercatori di Karlsruhe e Ulm hanno quindi compiuto un passo importante sulla strada della mobilità a emissioni zero.
Confronto della durata del ciclo di diversi elettroliti nella batteria al litio metallico
Inizialmente non mi ero accorto che il valore della densità di energia di 560 Wh/kg pubblicizzato nel comunicato stampa considerava solo il peso del materiale attivo (catodo e anodo), quindi grazie Andrés per la segnalazione!
Lo chiarisce il documento di ricerca.
L'energia specifica risultante in base al peso complessivo del materiale attivo (anodo + catodo) è calcolata in 564 Wh kg−1 a 0,1°C e 488 Wh kg−1 a 0,5°C utilizzando l'elettrodo Li sottile.
In evidenza
