“Sbloccare il Futuro Promettente: Esplorando i Progressi e il Potenziale delle Batterie Litio-Zolfo”
Le batterie agli ioni di litio utilizzate commercialmente sono composte principalmente da catodo, anodo, separatore ed elettrolita. Le batterie agli ioni di litio sono installate in smartphone, utensili elettrici e veicoli elettrici. Utilizzano una soluzione elettrolitica liquida.
Nonostante il suo ampio utilizzo e i miglioramenti inBatteria agli ioni di litiotecnologia, hanno anche svantaggi familiari, come il surriscaldamento e problemi nella catena di approvvigionamento delle materie prime. Sono in corso ricerche su questi problemi testando nuovi materiali nella costruzione delle batterie. Uno di questi materiali è lo zolfo, grazie alla sua estrema abbondanza in natura, un sottoprodotto dell'industria petrolifera. Il materiale è anche economico e ha la capacità di contenere più energia rispetto alle tradizionali batterie a base di ioni di litio.
Si prevede che le dimensioni del mercato mondiale delle batterie a base di zolfo cresceranno con un CAGR del 17,69%, raggiungendo i 2.699 milioni di dollari USA entro il 2031, dai 517,4 milioni di dollari USA nel 2021.
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Componenti di una batteria–
Elettrodi– L'elettrodo che rilascia elettroni durante la scarica è un anodo; l'elettrodo che assorbe gli elettroni è il catodo. Immegazzinano il litio. L'elettrolita trasporta ioni litio con carica positiva (cioè, uno ione è una particella caricata elettricamente prodotta per dare uno ione positivo o negativo rimuovendo o aggiungendo elettroni da un atomo neutro) dall'anodo al catodo e viceversa attraverso il separatore. Il movimento degli ioni litio crea elettroni liberi nell'anodo, creando una carica che fa fluire la corrente elettrica attraverso un dispositivo alimentato. Gli elettrodi sono responsabili delle prestazioni di base della batteria.
Separatore ed Elettrolita– Questi due determinano la sicurezza di una batteria. Il separatore funge da barriera fisica tra catodo e anodo, impedendo il flusso diretto di elettroni tra loro, bloccando il flusso di elettroni all'interno della batteria, lasciando passare solo gli ioni.
L'elettrolita trasferisce gli ioni (particelle che trasportano la carica) avanti e indietro tra i due elettrodi della batteria, facendo caricare e scaricare la batteria.
Sfida nell'uso pratico delle batterie Litio-Zolfo
La carica della batteria Li-S provoca l'accumulo di materiale (polisolfuro) che poi fluisce e si dissolve nell'elettrolita, causandone la corrosione. Definito dai ricercatori come l'effetto navetta del polisolfuro, riduce la durata della batteria.
Per prevenire l'effetto navetta del polisolfuro, gli scienziati all'inizio hanno cercato di posizionare uno strato intermedio redox-inattivo tra gli elettrodi. Tuttavia, ha finito per occupare spazio aggiuntivo all'interno della batteria, riducendo la capacità di stoccaggio della batteria e non riducendo adeguatamente l'effetto navetta. Successivamente, i ricercatori hanno sviluppato uno strato intermedio attivo poroso contenente zolfo, al contrario di redox-inattivo (cioè, non subisce reazioni simili a quelle dell'elettrodo). I risultati hanno mostrato un aumento della capacità di tre volte e le batterie con strato intermedio attivo hanno mantenuto un'elevata capacità per oltre 700 cicli di carica-scarica.
Recenti sviluppi nel mercato delle batterie a base di zolfo
Settembre 2022: NGK Insulators, Ltd è stata premiata con un contratto per un sistema sodio-zolfo da 11,4 MW/69,6 MWh. Il sistema sarà implementato presso la stazione Tsu LNG nella prefettura di Mie, in Giappone.
Gennaio 2022: Lyten Inc. e il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti hanno firmato un accordo. Questo accordo mira a migliorare le batterie litio-zolfo per uso commerciale e di sicurezza nazionale.
I Vantaggi del Litio-Zolfo-
Conclusione
Le batterie agli ioni di litio stanno raggiungendo il loro avanzamento tecnologico. Le batterie Li-S sono emerse come una soluzione alle limitazioni delle tradizionali batterie agli ioni di litio. I ricercatori stanno cercando di risolvere l'attuale sfida della breve durata della batteria causata dall'effetto navetta del polisolfuro, impiegando elettroliti a stato solido di solfuro (SSE). Le batterie Li-S hanno un'elevata densità di energia, maggiore sicurezza, convenienza e lo zolfo utilizzato nelle batterie è un sottoprodotto industriale.
Autore: Abhishek Saini
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