Batterie al litio-ossigeno, un possibile sostituito agli ioni di litio?

Le batterie litio-ossigeno hanno (quasi) tutte le carte in regola per prendere il posto dei dispositivi agli ioni di litio.

Attualmente la maggior parte dei dispositivi elettronici utilizzano batterie agli ioni di litio. Questo modello iniziò ad essere utilizzato nel 1991 da Sony e in seguito divenne uno standard industriale.

Le batterie agli ioni di litio sono utilizzate per l’elettronica portatile, per i veicoli elettrici, in applicazioni industriali, militari e aerospaziali. Non solo, grazie a queste batterie, è possibile immagazzinare anche una buona quantità di energia prodotta dagli impianti da fonti rinnovabili.

Si stima che nel 2050 il 50% dell’elettricità consumata sarà prodotta da batterie, contro l’attuale 18%. Altresì le rinnovabili quadruplicheranno la loro produzione, necessitando di batterie più efficienti, economiche ed ecologiche per immagazzinare energia. Davanti a questo scenario è improbabile che l’attuale tecnologia delle batterie agli ioni di litio soddisfi la grande domanda di energia dei prossimi decenni.  Pertanto, le batterie a litio-ossigeno potrebbero rappresentare una soluzione al problema.

Le batterie Li-O2 hanno il “potere” di conservare più energia attraverso una reazione elettrochimica. In pratica questa tipologia di batterie può generare densità di energia dieci volte superioririspetto alle batterie agli ioni di litio convenzionali con un peso e un costo minore, ragione per la quale le batterie Li-O2 vengono studiate oggi, in varie parti del mondo come alternativa agli ioni di litio.

Nello specifico, le celle al litio-ossigeno sono costituite da due elettrodi, un anodo e un catodo, entrambi separati da una sostanza chiamata elettrolita. Quando la batteria alimenta un altro dispositivo, le molecole di ossigeno sul catodo si combinano con gli ioni litio dell’elettrolita per formare un composto solido chiamato perossido di litio: questa reazione chimica rilascia energia. La ricarica della batteria rompe il perossido di litio, riportando ossigeno e litio nelle loro posizioni iniziali. Ma se da un lato promettono maggiore capacità di accumulo, dall’altro sono ancora incapaci di scaricare energia con la stessa velocità delle batterie agli ioni di litio.

Infatti, diversi ostacoli hanno impedito molte applicazioni pratiche delle Li-O2.  Le batterie a litio-ossigeno “soffrono” di una scarsa ciclabilità. Gli esperti stanno provando delle soluzioni per migliorare la stabilità del ciclo, per esempio, riducendo l’over-potenziale degli elettro-catalizzatori negli elettrodi catodici. In pratica, quando la dimensione di un materiale elettro-catalizzante viene ridotta a livello atomico, la maggiore energia superficialeporta ad una maggiore attività accelerando in questo modo l’agglomerazione del materiale. Un altro problema rilevato nelle batterie litio-ossigeno, è dato dall’incapacità di funzionare in un ambiente “naturale”, dato che nell’atmosfera non c’è solo ossigeno, ma molti altri gas; ragione per cui i prototipi di queste batterie vengono alimentati esclusivamente con bombole diossigeno puro. In sostanza, le batterie litio-ossigeno rappresentano un grande potenziale, ma fino a quando non verranno superati questi ostacoli la strada verso la distribuzione commerciale è ancora lunga.

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