In carica verso una soluzione della batteria litio-aria
Un anodo metallico di litio al posto della grafite e l’uso dell’ossigeno (O2) proveniente dall’aria come catodo promettono una densità energetica fino a 10 maggiore. Tuttavia, la riduzione dell’O2 in seguito alla reazione con gli ioni di litio porta al deposito di un prodotto solido all’interno delle porosità del catodo e all’intasamento del catodo stesso. Gli scienziati hanno affrontato questo problema con un approccio radicale mai provato prima. Il finanziamento dell’UE al progetto LABOHR (Lithium-air batteries with split oxygen harvesting and redox processes) ha supportato gli studi del funzionamento della batteria litio-aria nella configurazione inondata (bifase) con un duplice ruolo per l’elettrolita, come portatore di carica e come portatore di O2. Le convenzionali batterie metallo-aria, come anche le celle a combustibile, dipendono da punti di contatto trifase all’interno del catodo. I contatti assicurano il trasporto di elettroni, il trasporto di idrogeno e l’afflusso di O2. Tuttavia, nel caso delle batterie litio-aria, questa configurazione operativa cambia la porosità e l’idrofobicità del catodo a causa della formazione dei prodotti della riduzione sui punti di contatto trifase. Conducendo ricerche all’avanguardia, il team ha studiato una configurazione dell’elettrodo con punto di contatto bifase (una configurazione inondata). L’elettrolita o portatore di carica viene anche usato come portatore di O2 per raccogliere O2 dall’aria circostante mediante un dispositivo esterno di raccolta dell’O2. Il concetto di LABOHR utilizza elettroliti ionici liquidi innocui dal punto di vista ambientale ed elettrodi nanostrutturati che raccolgono l’O2 secco dall’aria. Gli scienziati hanno preparato e testato materiali per anodo e catodo, sviluppato il concetto di raccolta dell’O2, e preparato e integrato numerosi liquidi ionici, oltre a elettroliti solidi polimerici, nei sistemi dell’elettrodo. Degli studi fondamentali anno fornito i parametri fisicochimici per il modello di un pacco batterie completamente litio-aria. Anche se l’adozione pratica delle batterie litio-aria non è prevista prima di un altro decennio o due, LABOHR ha dato un importante contributo al lavoro legato allo sviluppo. Gli studi hanno confermato l’importanza di utilizzare soluzioni ioniche per l’elettrolita a base liquida per affrontare le questioni legate a reattività e volatilità del solvente, e hanno evidenziato i problemi di funzionamento della configurazione trifase della batteria litio-aria. Il concetto di “navetta” redox solubile ha inoltre aperto una nuova possibile via verso una concreta batteria litio/O2. Nel frattempo, è probabile che gli studi sui materiali per elettroliti ed elettrodo trovino un’applicazione nel breve periodo nel campo delle batterie agli ioni di litio.
Parole chiave
Litio-aria, Li-ion, batterie ricaricabili, veicoli elettrici, raccolta ossigeno, processi ossidoriduzione
