“Sbloccare il futuro promettente: esplorando i progressi e il potenziale delle batterie al litio-zolfo”
Le batterie agli ioni di litio utilizzate commercialmente sono composte principalmente da catodo, separatore dell'anodo 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 nella tecnologia delle batterie agli ioni di litio, presenta anche inconvenienti familiari, come il surriscaldamento e i problemi della catena di approvvigionamento con le materie prime. È in corso una ricerca su questi problemi testando nuovi materiali nella costruzione delle batterie. Uno di questi materiali è lo zolfo, a causa della sua estrema abbondanza in natura, un sottoprodotto dell'industria petrolifera. Il materiale è anche economico e ha la capacità di immagazzinare 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 del 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. Immagazzinano litio. L'elettrolita trasporta ioni di litio caricati positivamente (cioè, uno ione è una particella carica 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 di 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 elementi 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 attraverso di essi.
L'elettrolita trasferisce gli ioni (particelle che trasportano la carica) avanti e indietro tra i due elettrodi della batteria, facendo sì che la batteria si carichi e si scarichi.
Sfida nell'uso pratico delle batterie al litio-zolfo
La carica della batteria Li-S provoca un accumulo di materiale (polisolfuro) che poi fluisce e si dissolve nell'elettrolita, causando la sua corrosione. Chiamato dai ricercatori effetto navetta del polisolfuro, riduce la durata della batteria.
Per prevenire la chiusura del polisolfuro, gli scienziati all'inizio hanno provato a posizionare uno strato intermedio redox-inattivo tra gli elettrodi. Tuttavia, ha finito per occupare spazio aggiuntivo all'interno della batteria, riducendo la capacità di accumulo della batteria e non ha ridotto adeguatamente la chiusura. Successivamente, i ricercatori hanno sviluppato uno strato intermedio attivo poroso contenente zolfo anziché redox-inattivo (cioè, non subisce reazioni simili a quelle dell'elettrodo). I risultati hanno mostrato che la capacità è aumentata 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 si è aggiudicata un contratto per un sistema sodio-zolfo da 11,4 MW/69,6 MWh. Il sistema sarà installato presso la stazione GNL di Tsu 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 al 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 progresso tecnologico. Le batterie Li-S sono emerse come una soluzione ai limiti delle tradizionali batterie agli ioni di litio. I ricercatori stanno cercando di risolvere l'attuale sfida della breve durata della batteria causata dalla chiusura del polisolfuro, impiegando elettroliti a stato solido di solfuro (SSE). Le batterie Li-S hanno un'elevata densità energetica, una maggiore sicurezza, un'efficacia in termini di costi e lo zolfo utilizzato nelle batterie è un sottoprodotto industriale.
Autore: Abhishek Saini
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