Batterie al litio-zolfo e batterie agli ioni di litio: Un'analisi comparativa

Introduzione

I veicoli elettrici (EV) sono sull'orlo di una grande trasformazione e il cuore di questa rivoluzione sono le batterie al litio-zolfo (Li-S). Queste innovative fonti di energia sono pronte a ridefinire il futuro dei veicoli elettrici, offrendo una serie di vantaggi distinti rispetto alle tradizionali batterie agli ioni di litio (Li-ion). In questo articolo approfondiamo gli interessanti vantaggi che le batterie Li-S EV offrono rispetto alle batterie agli ioni di litio, spingendoci verso un modo di trasporto più pulito e sostenibile.

Informazioni sulle batterie agli ioni di litio (Li-ion)

Le batterieagli ioni di litio, o batterie Li-ion, sono la fonte di energia standard per un'ampia gamma di dispositivi elettronici portatili. Queste batterie funzionano grazie al movimento di ioni di litio tra l'elettrodo positivo (catodo) e quello negativo (anodo). Durante la scarica, gli ioni di litio si spostano dall'anodo al catodo, generando energia elettrica. Grazie alle loro notevoli caratteristiche, come l'alta densità di energia, la lunga durata dei cicli e la composizione relativamente leggera, le batterie agli ioni di litio sono emerse come la scelta dominante per le batterie dei veicoli elettrici (EV).

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Figura 1. Batterie agli ioni di litio (Li-ion)

Informazioni sulle batterie al litio-zolfo (Li-S)

Tuttavia, le batterie al litio-zolfo (Li-S) sono emerse come una promettente alternativa alle tradizionali batterie agli ioni di litio (Li-ion) e sono comunemente utilizzate nei veicoli elettrici. Le batterie Li-S utilizzano una reazione elettrochimica diversa rispetto alle batterie Li-ion. In particolare, lo zolfo funziona da catodo e il litio metallico o gli ioni di litio da anodo. Rispetto alle batterie agli ioni di litio, le batterie Li-S presentano una maggiore densità energetica, un peso inferiore e costi di produzione ridotti, che le rendono interessanti per i veicoli elettrici e altre applicazioni.

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Figura 2. Batterie al litio-zolfo (Li-S)

Batterie al litio-zolfo vs. batterie agli ioni di litio

Proseguiamo elencando i rispettivi punti di forza e di debolezza delle batterie Li-S e delle batterie agli ioni di litio e il loro potenziale di influenza sul futuro dei veicoli elettrici.

1. Densità energetica senza precedenti:

Le batterie Li-S vantano un'impressionante densità energetica teorica che supera quella delle batterie agli ioni di litio. In altre parole, i veicoli elettrici Li-S possono potenzialmente immagazzinare più energia a parità di volume o peso, con conseguente allungamento dell'autonomia di guida.

2. Efficienza del peso:

Lo zolfo, componente chiave delle batterie Li-S, non solo è abbondante ma anche leggero. Questa leggerezza si traduce in una riduzione del peso complessivo del veicolo, migliorando l'efficienza energetica. Le batterie Li-S contribuiscono a rendere più leggeri i veicoli elettrici, che a loro volta richiedono meno energia per muoversi, con conseguente aumento dell'efficienza e della durata della batteria.

3. Capacità di ricarica rapida:

Una delle caratteristiche principali di queste batterie è il loro potenziale di ricarica rapida. La loro elevata conduttività consente tempi di ricarica più rapidi, rendendo le soste per la ricarica simili al rifornimento di combustibili fossili tradizionali. La comodità della ricarica rapida risponde a una delle principali preoccupazioni dei conduttori di veicoli elettrici: l'ansia da autonomia.

4. Riduzione dei costi:

Lo zolfo è un materiale poco costoso, che può potenzialmente portare a costi di produzione inferiori per le batterie Li-S rispetto alle batterie agli ioni di litio, che utilizzano materiali come il cobalto, che possono essere costosi e soggetti a problemi di catena di approvvigionamento.

5. Rispetto dell'ambiente:

Le batterie Li-S hanno il potenziale per essere più rispettose dell'ambiente rispetto alle loro controparti agli ioni di litio. Lo zolfo è un materiale abbondante ed economico, la cui estrazione e lavorazione richiede meno risorse rispetto a materiali come il cobalto utilizzati nelle batterie agli ioni di litio. Inoltre, la composizione semplificata delle batterie Li-S potrebbe facilitare il riciclaggio e ridurre l'impatto ambientale.

6.Durata del ciclo:

Tuttavia, le batterie agli ioni di litio tendono ad avere una durata di ciclo più lunga rispetto alle batterie Li-S. Le batterie Li-S hanno storicamente sofferto di una durata inferiore, principalmente a causa della dissoluzione dello zolfo nell'elettrolita durante i cicli di carica e scarica. I ricercatori stanno lavorando attivamente per migliorare la durata delle batterie Li-S.

7.Sicurezza:

Le batterie agli ioni di litio hanno un'ottima reputazione in termini di sicurezza nelle applicazioni EV. Le batterie Li-S, invece, hanno dovuto affrontare problemi di sicurezza, tra cui quelli legati alla formazione di solfuro di litio, che può essere instabile. Garantire la sicurezza delle batterie Li-S rimane un obiettivo critico per la ricerca e lo sviluppo.

Lettura correlata: Una panoramica sulle applicazioni del litio

Conclusioni

In sintesi, i vantaggi delle batterie EV al litio-zolfo (Li-S) sono pronti a rivoluzionare il mondo dei veicoli elettrici. Grazie alla loro eccezionale densità energetica, alla leggerezza, al costo ridotto, alla capacità di ricarica rapida e al rispetto dell'ambiente, offrono un'alternativa convincente alle tradizionali batterie agli ioni di litio. Con il continuo progredire della ricerca e dello sviluppo in questo campo, le batterie Li-S stanno facendo passi da gigante, aprendo la strada a un futuro più verde e sostenibile della mobilità elettrica.

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Riferimenti:

[1] An Overview on Thermal Safety Issues of Lithium-ion Batteries for Electric Vehicle Application - Scientific Figure on ResearchGate. Disponibile da: https://www.researchgate.net/figure/Schematic-of-the-Lithium-ion-battery_fig2_324929541 [visitato il 7 settembre 2023].

[2] Batteria al litio-zolfo. (2023, 20 agosto). In Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Lithium%E2%80%93sulfur_battery