Gli esperimenti con un catodo contenente zolfo per una batteria al litio hanno portato accidentalmente a una scoperta inaspettata. Gli scienziati hanno accidentalmente ottenuto una stabilizzazione costante dello stato del γ-zolfo monoclino (gamma-zolfo) a temperatura ambiente, cosa che non era mai accaduta prima. Ciò dà speranza per lo sviluppo di batterie al litio-zolfo con una capacità tre volte maggiore delle attuali batterie al litio.
I settori, dalle auto elettriche agli smartphone, hanno bisogno di batterie nuove e di maggiore capacità, senza le quali il progresso sarà difficile. Una delle versioni promettenti di nuovi tipi di batterie sono le celle al litio-zolfo, che teoricamente possono immagazzinare fino a tre volte più energia rispetto alle moderne batterie agli ioni di litio. C'è solo un grosso problema lungo la strada: le celle al litio-zolfo perdono capacità molto, molto rapidamente ad ogni ciclo di carica: fino al 78% durante ogni ciclo.
I tentativi degli scienziati della Drexel University di Filadelfia di sviluppare un catodo stabile utilizzando zolfo per una batteria al litio hanno rivelato una caratteristica inaspettata. Nel corso del lavoro con i materiali catodici, gli scienziati sono riusciti a creare una forma stabile di γ-zolfo. Questo è uno dei due stati cristallini stabili dello zolfo - il cosiddetto monoclino, ma passa in un'altra fase stabile (rombica) quando viene raffreddato al di sotto di 95 ° C.
“Nell'ultimo secolo sono stati condotti solo pochi studi, durante i quali è stata ottenuta la forma monoclina di γ-zolfo, ed è rimasta stabile per non più di 20-30 minuti. Ma l'abbiamo creato in un catodo che ha attraversato migliaia di cicli di scarica-carica senza degradare le prestazioni, e un anno dopo il nostro studio ha dimostrato che la fase chimica è rimasta la stessa ", ha affermato Rahul Pai, uno degli autori dello studio. Il lavoro è stato pubblicato su Nature Communications Chemistry ed è liberamente disponibile all'indirizzo:
https://www.nature.com/articles/s42004-022-00626-2
Dopo 4000 cicli di carica-scarica per un anno, che equivalgono a 10 anni di uso regolare, il catodo di zolfo è rimasto stabile e non si è degradato. Come previsto, la capacità della batteria era più di tre volte quella di una cella agli ioni di litio. Gli scienziati sono entusiasti e stanno cercando di capire esattamente il meccanismo del processo per poter infine commercializzare la tecnologia.
2022-02-16 12:23:15
Autore: Vitalii Babkin