Il catodo organico spinge i limiti della batteria

Un design polimerico conduttivo in grado di fornire una maggiore densità di energia, una più ampia tolleranza alla temperatura e una migliore sicurezza nelle celle agli ioni di litio.

I ricercatori dell’Università di Tianjin e della South China University of Technology hanno sviluppato una batteria organica agli ioni di litio costruita attorno a un materiale catodico ingegnerizzato.Lo studio descrive un elettrodo polimerico conduttivo progettato per affrontare i limiti di lunga data nelle prestazioni delle batterie organiche.

Le batterie convenzionali agli ioni di litio si basano su catodi inorganici contenenti metalli come cobalto e nichel, sollevando preoccupazioni sulla disponibilità delle risorse, sulla sicurezza e sulla rigidità meccanica.I materiali organici per elettrodi, al contrario, derivano da fonti più abbondanti e possono essere strutturalmente personalizzati, ma storicamente hanno dovuto affrontare sfide nel raggiungimento di un’elevata densità di energia e di un rapido trasporto degli ioni di litio.

Il gruppo di ricerca ha sviluppato un polimero conduttivo di tipo n noto come polibenzofuran dione, o PBFDO, come materiale catodico.Il polimero dimostra un'elevata conduttività elettronica, un rapido trasporto degli ioni di litio e un comportamento strutturale stabile in varie condizioni.Utilizzando questo materiale, il team ha assemblato una cella a sacca che ha raggiunto una densità di energia superiore a 250 wattora per chilogrammo.Per fare un confronto, le batterie al litio ferro fosfato variano tipicamente tra 160 e 200 wattora per chilogrammo.

La batteria ha funzionato in un intervallo di temperatura compreso tra meno 70 gradi Celsius e 80 gradi Celsius.Nei test meccanici, il catodo organico ha mantenuto la struttura e la capacità dopo la flessione e la compressione.Una cella a sacca di livello amperora ha superato anche un test di perforazione senza incendio o esplosione.

“Questa ricerca supera i tradizionali vincoli della tecnologia delle batterie in termini di dipendenza dalle risorse e impatto ambientale”, ha affermato il professor Xu Yunhua, il ricercatore principale.“Non solo corrisponde alla densità energetica delle batterie commerciali, ma offre anche una sicurezza superiore e un intervallo di temperature operative molto più ampio”.

I ricercatori stanno lavorando alla produzione su scala pilota e all'esplorazione di applicazioni nell'elettronica flessibile, nei dispositivi indossabili e nei sistemi leggeri di stoccaggio dell'energia in cui la sicurezza, l'adattabilità e la resilienza alla temperatura sono fondamentali.