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Batterie allo zolfo: alta densità energetica e materie prime economiche

Batterie allo zolfo: alta densità energetica e materie prime economiche

In questi mesi abbiamo pubblicato su Tweakers una serie di articoli sulle novità nel mondo delle batterie. La persona media pensa spesso che tutte le batterie necessitino delle stesse materie prime e che durino tanto in un veicolo elettrico quanto in uno smartphone. Per questo spesso durante gli aperitivi e le feste di compleanno vengono fatte affermazioni generali, come che non ci sono abbastanza materie prime, che le batterie sono troppo inquinate, che le materie prime vengono estratte dalla terra da bambini schiavi e che durano solo pochi anni . . Tuttavia, ci sono così tante combinazioni diverse che tali affermazioni sono viziate solo per questo motivo.

Queste variabili iniziano davvero con i requisiti. La batteria deve avere la massima densità energetica possibile, un’elevata capacità di carica, una lunga durata o costi contenuti? Preferibilmente tutti insieme, ovviamente, ma questo è praticamente impossibile. In articoli precedenti di questa serie abbiamo discusso del fatto che il fosfato di ferro e litio sta rapidamente guadagnando quote di mercato rispetto ai catodi di nichel e cobalto, che il sodio è un’alternativa al litio e che l’anodo di silicio ha migliori credenziali a breve termine per raggiungere una maggiore densità. Tutte queste variabili hanno un minore impatto ambientale. Ancora non discussa in questa serie, ma altrettanto promettente, è una batteria con un catodo di zolfo.

Un cristallo di zolfo dalla Bolivia. Foto: Ivar Ledos, Wikimedia

Più rispettoso dell’ambiente e più economico

Lo zolfo è un minerale molto più facile ed economico da estrarre rispetto a nichel, manganese e cobalto (NMC). È il sedicesimo elemento più abbondante nella crosta terrestre, costituendo circa dallo 0,03 allo 0,06 percento del suo peso totale. Potrebbe non sembrare molto, ma è molto più che materie prime per i catodi nmc. Inoltre, ci sono molte meno questioni etiche associate allo zolfo e l’estrazione non dipende da un numero limitato di regioni; È disponibile praticamente ovunque nel mondo. L’estrazione dello zolfo è meno dannosa per l’ambiente e per le persone coinvolte nel processo. A causa della sua ampia disponibilità, l’estrazione dello zolfo è molto più semplice ed economica, proprio come l’estrazione del sodio e del silicio.

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Densità di energia estremamente elevata

La cosa più interessante dello zolfo per le batterie è la sua altissima densità di energia. La densità energetica di una batteria è determinata dal numero di elettroni che possono essere immagazzinati e rilasciati durante la carica e la scarica e dall’intensità della corrente alla quale ciò avviene. In una batteria Li-S, ogni atomo di zolfo può legare efficacemente due ioni di litio (Li+) e due elettroni, con conseguente formazione di solfuro di litio (Li2S). Questo è molto più efficiente delle tradizionali batterie agli ioni di litio, dove, come il cobalto, ogni atomo di catodo può legare solo uno ione di litio e un elettrone. La batteria allo zolfo richiede quindi meno materie prime per immagazzinare la stessa quantità di energia, risultando in una densità energetica molto più elevata. Con una tale batteria, i veicoli elettrici possono diventare più leggeri e percorrere distanze maggiori.

principale potenziale teorico; La massima densità di energia è di poco inferiore a 2.600 Wh per chilogrammo, che è quasi dieci volte (!) In più rispetto alle migliori batterie NMC al momento. Questo è in teoria, perché in pratica questo non può essere completamente utilizzato. Nel frattempo, un altro tipo, la batteria sodio-zolfo (Na-S), funziona molto bene. Proprio come la batteria al sodio discussa in precedenza, questa alternativa non necessita affatto di litio, ma il sodio, insieme al promettente catodo di zolfo, si occupa dell’immagazzinamento dell’energia. Poiché sia ​​il sodio che lo zolfo sono relativamente facili da estrarre, ciò potrebbe portare a un tipo di batteria molto più economico, che potrebbe anche essere prodotto in ogni parte del mondo.

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In questo articolo discutiamo di entrambe le varianti, nonché di recenti ricerche e sviluppi e, naturalmente, anche delle sfide.