In base alle loro grandi densità di energia gravimetrica e volumetrica, le batterie agli ioni di litio sono la tecnologia preferita per l’elettronica portatile e la mobilità elettrica. Gli elettrodi positivi e negativi nelle batterie agli ioni di litio sono in grado di immagazzinare Li, il cui peso specifico è un fattore decisivo nella densità di energia. Poiché la densità di energia delle chimiche di inserimento agli ioni di litio si sta avvicinando al suo limite, la ricerca intensiva è diretta verso anodi e catodi ad alta capacità. Le batterie Li-air o Li−O2 hanno un grande potenziale di potenza applicazioni affamate di energia come i veicoli elettrici, a causa della loro densità di energia specifica teorica estremamente elevata.
All’elettrodo positivo nelle tipiche batterie aprotiche Li−O2, il processo di carica (dis)procede attraverso la formazione (reazione di riduzione dell’ossigeno, ORR) e la decomposizione (reazione di evoluzione dell’ossigeno, OER) di Li2O2 secondo la reazione 2Li+ + O2 → Li2O2. Le sfide includono:
- Formazione reversibile di Li2O2 in condizioni di ciclo realistiche
- Prevenzione delle reazioni di decomposizione elettrolitica.
L’anodo finale è il Li-metallo con la più alta capacità specifica per Li (3860 mAh g-1), più di dieci volte più grande degli anodi di grafite standard (370 mAh g-1) e il più basso potenziale redox (-3,04 V rispetto all’idrogeno standard). Le sfide includono:
- Prevenire le reazioni di decomposizione elettrolitica e stabilizzare l’interfaccia elettrolita Li-metallo
- Placcatura Li-metallo compatta reversibile che impedisce la formazione di Li-dendriti.
Attualmente, la sfida è quella di ottenere una migliore comprensione di questi processi fondamentali e di ottenere una lunga durata del ciclo attraverso lo sviluppo di elettroliti più stabili e un migliore controllo della formazione e della decomposizione LI2O2 e Li-metal reversibili.
Nell’ambito dello stoccaggio di energia elettrochimica (VEDI) gli elettrodi di gruppo vengono studiati i meccanismi fondamentali nei catodi Li-metal e Li2O2 e vengono sviluppati nuovi materiali per ottenere prestazioni migliori.
