Le batterie al litio, pur essendo promettenti per il futuro energetico, devono affrontare importanti sfide legate alla loro durata e sicurezza. I ricercatori sono alla continua ricerca di soluzioni per prolungare la durata degli anodi di litio, un materiale chiave per le batterie di prossima generazione. Una recente innovazione potrebbe rappresentare un punto di svolta in questo settore.
I ricercatori del KAIST Institute hanno recentemente annunciato progressi nell’estensione della vita utile degli anodi di litio. Il loro metodo, sviluppato dal professor Il-Doo Kim del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali, in collaborazione con il professor Jiyoung Lee dell'Università di Ajou, si basa sull'uso di nanofibre cave ed ecologiche per proteggere gli anodi.
Il 2 dicembre, l’Istituto KAIST, sotto la guida del presidente Kwang Hyung Lee, ha rivelato che il loro lavoro aveva stabilizzato la crescita del litio e migliorato sostanzialmente la longevità delle batterie al litio metallico.
I limiti delle tecniche protettive convenzionali
Le tecnologie tradizionali dello strato protettivo, che prevedono l’applicazione di un rivestimento al litio per formare un’interfaccia artificiale con l’elettrolita, spesso utilizzano processi tossici e materiali costosi. Questi metodi hanno fornito solo miglioramenti limitati nella durata degli anodi di litio.
Per superare questi ostacoli, il team del professor Kim ha proposto un nuovo approccio con nanofibre cave. Queste nanofibre, prodotte mediante un processo di elettrofilatura ecologico, utilizzano la gomma di guar, estratta dalle piante, come materiale principale e l'acqua come unico solvente.
Il processo di elettrofilatura e la gomma guar
L'elettrofilatura è una tecnica in cui soluzioni polimeriche vengono sottoposte a un campo elettrico, consentendo di produrre fibre continue con diametri variabili da pochi nanometri a diversi micrometri. La gomma guar, un polimero naturale composto principalmente da monosaccaridi, regola le interazioni con gli ioni litio attraverso i suoi gruppi funzionali ossidati.
Lo strato protettivo in nanofibra controlla efficacemente le reazioni chimiche reversibili tra l'elettrolita e gli ioni di litio. Gli spazi vuoti nelle fibre impediscono l'accumulo casuale di ioni di litio sulla superficie metallica, stabilizzando così l'interfaccia tra il litio e l'elettrolita.
Prestazioni e durata
I risultati ottenuti con questo nuovo strato protettivo sono impressionanti. Gli anodi metallici al litio hanno visto la loro durata aumentare di quasi il 750% rispetto agli anodi convenzionali. Le batterie hanno mantenuto il 93,3% della loro capacità dopo 300 cicli di carica e scarica, offrendo prestazioni di livello mondiale.
Inoltre, i ricercatori hanno confermato che questo strato protettivo naturale si decompone completamente nel terreno in circa un mese, dimostrando la sua natura ecologica durante tutto il suo ciclo di vita.
Il professor Il-Doo Kim ha spiegato: “ Sfruttando le funzioni protettive fisiche e chimiche, siamo stati in grado di guidare le reazioni reversibili tra il litio metallico e l’elettrolita in modo più efficiente e di sopprimere la crescita dei dendriti, ottenendo anodi di litio con caratteristiche di longevità senza precedenti. »
Ha aggiunto: “ Poiché l’onere ambientale della produzione e dello smaltimento delle batterie diventa una preoccupazione crescente con la crescente domanda di batterie, questo metodo di produzione a base acqua con proprietà biodegradabili contribuirà notevolmente alla commercializzazione di nuove batterie ecologiche. »
Articolo: «Superare le instabilità chimiche e meccaniche negli anodi di litio metallico con uno strato SEI artificiale sostenibile ed ecologico» – DOI: 10.1002/adma.202470373
