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Il team sviluppa batterie al litio-aria con una densità di energia superiore alle attuali batterie agli ioni di litio

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Sviluppo di una batteria al litio-aria con densità di energia superiore a 500 Wh/kg

Figura (a): Nuovi materiali per batterie al litio-aria sviluppati dal progetto ALCA-SPRING. Figura (b): tecnica di fabbricazione cellulare sviluppata dal NIMS-SoftBank Advanced Technologies Development Center. Figura (c): dimostrazione di cicli di scarica/carica stabili di batterie al litio-aria con densità di energia superiore a 500 Wh/kg funzionanti a temperatura ambiente. Credito: Shoichi Matsuda/Istituto Nazionale per la Scienza dei Materiali

NIMS e Softbank Corp. hanno sviluppato una batteria al litio-aria con una densità di energia superiore a 500 Wh/kg, significativamente superiore a quella delle attuali batterie agli ioni di litio. Il team di ricerca ha quindi confermato che questa batteria può essere caricata e scaricata a temperatura ambiente. Inoltre, il team ha scoperto che la batteria sviluppata dal team mostra le densità di energia più elevate e le migliori prestazioni di durata del ciclo mai raggiunte. Questi risultati rappresentano un importante passo avanti verso l’uso pratico delle batterie al litio-aria.

Le batterie al litio-aria hanno il potenziale per essere le migliori batterie ricaricabili: sono leggere e ad alta capacità, con densità di energia teoriche diverse volte quelle delle batterie agli ioni di litio attualmente disponibili. A causa di questi potenziali vantaggi, possono trovare impiego in un’ampia gamma di tecnologie, come droni, veicoli elettrici e sistemi di accumulo dell’elettricità domestica.

NIMS ha svolto ricerche di base sulle batterie al litio-aria con il supporto del programma ALCA-SPRING (ALCA: Advanced Low Carbon Technology Research and Development Program, SPRING: Specially Promoted Research for Innovative Next Generation Batteries). Questo programma è stato finanziato dalla Japan Science and Technology Agency (JST) con l’obiettivo di accelerare la ricerca e lo sviluppo di batterie ricaricabili di grande capacità. Nel 2018, NIMS e Softbank hanno co-fondato l’Advanced Technologies Development Center per condurre ricerche con l’obiettivo di mettere le batterie al litio-aria in un uso pratico in stazioni base per telefoni cellulari, Internet of Things (IoT), HAPS (stazioni con piattaforma ad alta quota) e altre tecnologie. Nonostante le loro densità di energia teoriche molto elevate, solo un piccolo numero di batterie al litio-aria con densità di energia elevate è stato effettivamente prodotto e valutato. Questo successo limitato è attribuito al fatto che una grande proporzione in peso della batteria al litio-aria contiene componenti pesanti inattivi (ad esempio separatori ed elettroliti) che non partecipano direttamente alle effettive reazioni della batteria.

Questo team di ricerca aveva precedentemente sviluppato materiali per batterie originali che aumentano significativamente le prestazioni delle batterie al litio-aria nella ricerca supportata da ALCA-SPRING. Il team ha quindi sviluppato una tecnica per fabbricare celle al litio-aria ad alta densità di energia presso il NIMS-SoftBank Advanced Technologies Development Center. Infine, hanno creato una nuova batteria al litio-aria combinando questi nuovi materiali e le tecniche di fabbricazione. La batteria sviluppata ha mostrato una densità di energia superiore a 500 Wh/kg, sostanzialmente superiore a quella delle batterie agli ioni di litio attualmente disponibili. In particolare, la scarica ripetuta e la reazione di carica procede a temperatura ambiente. La densità di energia e le prestazioni di durata del ciclo di questa batteria sono tra le più alte mai raggiunte, sulla base dei sondaggi condotti da NIMS (al 14 dicembre 2021)

Il team sta attualmente sviluppando materiali per batterie ad alte prestazioni e prevede di integrarli nella batteria al litio-aria di nuova concezione con l’obiettivo di aumentare notevolmente la durata del ciclo della batteria. Il team prevede quindi di accelerare gli sforzi per mettere in pratica la batteria presso il NIMS-SoftBank Advanced Technologies Development Center.

Questo progetto è stato condotto da un gruppo di ricerca guidato da Shoichi Matsuda (Senior Researcher, NIMS), Manai Ono (Postdoctoral Researcher, NIMS), Shoji Yamaguchi (Specialist Staff, NIMS) e Kohei Uosaki (Research Fellow, NIMS; anche Direttore, NIMS -Centro Sviluppo Tecnologie Avanzate SoftBank).


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