Ampliare la gamma di veicoli elettrici

La possibilità di ottenere batterie a elevata energia e a lunga autonomia riveste un’importanza strategica dal punto di vista scientifico e tecnologico. Le celle al litio-zolfo, che offrono maggiori livelli di densità energetica a basso costo rispetto alle tradizionali celle agli ioni di litio, rappresentano un chiaro esempio in tale direzione. Tuttavia, nonostante il raggiungimento di importanti progressi in questo settore, l’implementazione su vasta scala di tali dispositivi è ostacolata da alcuni limiti, tra cui la bassa conduttività intrinseca dello zolfo, nonché le molecole indesiderate prodotte dalla disintegrazione del catodo, chiamate polisolfuri, che si dissolvono nel liquido elettrolita della batteria.

Nell’ambito del progetto EUROLIS (“Advanced European lithium sulphur cells for automotive applications”), finanziato dall’UE, i ricercatori stanno tentando di stabilizzare i catodi al litio-zolfo attraverso l’utilizzo di serbatoi di polisolfuri con superfici modificate. Il sistema proposto, caratterizzato da un’ampia area superficiale, dovrebbe garantire un debole adsorbimento degli intermedi di polisolfuri, nonché un desorbimento reversibile. In tal modo, è possibile utilizzare completamente il materiale attivo.

Per comprendere più a fondo l’impatto dell’area di superficie e le interazioni tra l’elettrolita e i compositi del catodo di zolfo, si rende necessaria l’adozione di tecniche di caratterizzazione affidabili. L’iniziativa EUROLIS ha ideato numerosi strumenti in situ ed ex situ finalizzati all’analisi delle batterie al litio-zolfo nelle varie fasi dello scaricamento e del caricamento, che hanno consentito agli esperti di comprendere meglio le proprietà elettrochimiche della batteria al litio-zolfo. Nell’ambito del progetto questi dispositivi sono stati impiegati ai fini di un più efficace monitoraggio della formazione e della diffusione dei polisolfuri, nonché della loro migrazione in varie parti della batteria Li-S.

La spettroscopia ultravioletta visibile e le cellule Swagelok modificate a quattro elettrodi potrebbero rivelarsi utili ai fini della determinazione quantitativa dei polisolfuri nel separatore, nonché della distinzione di vari tipi di polisolfuri. Un altro strumento spettroscopico, chiamato spettroscopia ad assorbimento di raggi x e del bordo k dello zolfo, ha consentito ai ricercatori di descrivere dal punto di vista qualitativo e quantitativo i polisolfuri presenti nel catodo composito.

È stata definita la composizione degli elettrodi allo scopo di massimizzare il carico di zolfo sull’elettrodo positivo. I separatori, il litio e il riempimento dell’elettrolita sono stati adattati per la preparazione di 12 prototipi di celle in una configurazione standard. Altre attività sono state incentrate sulla conduzione di prove sulle tecnologie al litio-zolfo alternative. L’attenzione dei ricercatori è stata rivolta alle batterie allo stato solido o polimeriche che, in entrambi i casi, sono in grado di prevenire la migrazione di polisolfuri.

Le attività svolte nell’ambito dell’iniziativa EUROLIS danno un importante contributo allo sviluppo del know-how relativo alla produzione di batterie al litio-zolfo. Le attività di divulgazione si sono concretizzate nella creazione di un sito web del progetto, in pubblicazioni su riviste oggetto di esame collegiale e nella partecipazione ad alcune conferenze sull’argomento.