Una svolta nelle batterie organiche al litio: prestazioni stabili da -70 °C a 80 °C

Un team di ricerca guidato dal professor Xu Yunhua dell'Università di Tianjin, in collaborazione con il team del professor Huang Fei della South China University of Technology e altre istituzioni, ha sviluppato con successo un nuovo tipo di materiale catodico organico, superando i problemi di lunga data che hanno limitato l'applicazione pratica delle tradizionali batterie organiche al litio, come la bassa capacità energetica e la lenta ricarica. I risultati sono stati pubblicati online il 19 febbraio (ora di Pechino) sulla rivista accademica internazionale Nature.

Nell'ondata di rivoluzione tecnologica e transizione energetica, le batterie al litio sono diventate il "cuore energetico" della società moderna, svolgendo un ruolo sempre più vitale. Attualmente, la maggior parte dei catodi delle batterie al litio più diffuse è realizzata con minerali inorganici come cobalto e nichel, che presentano diverse problematiche, tra cui la scarsità di risorse, l'elevato costo e la limitata flessibilità. Al contrario, i materiali organici per gli elettrodi offrono vantaggi come l'abbondanza delle materie prime, la flessibilità nella progettazione molecolare e la morbidezza intrinseca. Tuttavia, le batterie che utilizzano questi materiali spesso soffrono di una capacità energetica insufficiente o di una ricarica lenta, il che ne ostacola significativamente la commercializzazione.

Per affrontare questo dilemma, il team di ricerca ha sviluppato un nuovo materiale polimerico conduttivo ottimizzando sistematicamente l'efficienza del "trasporto sinergico" di elettroni e ioni di litio all'interno del materiale. Ciò ha portato allo sviluppo di un materiale catodico organico che combina un'eccellente conduttività elettronica, un rapido trasporto di ioni di litio e un'elevata capacità di accumulo di energia.

Utilizzando questo materiale, il team ha fabbricato una cella organica a sacchetto con una densità energetica superiore a 250 wattora per chilogrammo, superando le batterie al litio ferro fosfato (LFP) ampiamente utilizzate. La batteria ha dimostrato una notevole adattabilità alla temperatura, funzionando stabilmente in un ampio intervallo da -70 °C a 80 °C. Ha inoltre mostrato buona flessibilità e sicurezza.

Grafico delle prestazioni della cellula organica a sacchetto. (Immagine (fornito dall'Università di Tianjin)

Gli esperimenti hanno dimostrato che gli elettrodi sono rimasti intatti anche dopo flessioni, allungamenti e compressioni esterne, senza alcuna perdita di capacità. Inoltre, la cella a sacchetto ha superato rigorosi test di sicurezza contro la penetrazione di un chiodo, confermando le sue prestazioni in termini di sicurezza.

Il professor Xu Yunhua ha osservato che questi risultati gettano le basi materiali fondamentali per il futuro sviluppo delle "batterie verdi". Le caratteristiche di flessibilità del materiale aprono inoltre la strada a nuove soluzioni di accumulo di energia per settori emergenti come l'elettronica flessibile e i dispositivi indossabili.

Secondo quanto riportato, il team sta accelerando gli sforzi per tradurre la tecnologia in applicazioni pratiche e promuovere l'industrializzazione. Stanno lavorando per creare linee di produzione per cellule organiche a sacchetto e ne stanno esplorando attivamente il potenziale commerciale.