Riciclare pannelli solari per creare batterie più efficienti

Roma –  I ricercatori dell’Istituto di bioenergia e tecnologia dei bioprocessi di Qingdao (QIBEBT) dell’Accademia cinese delle scienze hanno sviluppato anodi di silicio di piccole dimensioni e a basso costo per batterie agli ioni di litio, utilizzando rifiuti riciclati da impianti fotovoltaici. Il loro lavoro, pubblicato su Nature Sustainability il 16 luglio, segna la strada verso batterie più sostenibili, economiche e ad alta densità energetica, che potrebbero trasformare i sistemi di accumulo di energia per veicoli elettrici e applicazioni di energia rinnovabile. Gli anodi in silicio sono favoriti per la loro capacità di aumentare sostanzialmente la densità energetica delle batterie agli ioni di litio rispetto ai tradizionali anodi in grafite, ma sono ostacolati da una significativa espansione del volume durante i cicli di carica-scarica. Questa espansione può causare fratture meccaniche e degradare le prestazioni della batteria. Per superare queste sfide, i ricercatori, guidati dal Prof. CUI Guanglei, hanno sperimentato per primi l’uso di particelle di silicio di dimensioni micrometriche (μm-Si) derivate da rifiuti fotovoltaici. Se integrati con un elettrolita a base di etere appositamente progettato, questi anodi μm-Si mostrano una notevole stabilità elettrochimica, mantenendo un’efficienza coulombiana media del 99,94 per cento e conservando l’83,13 per cento della loro capacità iniziale dopo 200 cicli. “Questo lavoro non solo suggerisce una fonte di approvvigionamento più sostenibile per le particelle di silicio, ma affronta anche le principali sfide che devono affrontare i materiali anodici in silicio di dimensioni micro,” ha affermato il dott. LIU Tao, primo autore dello studio. Il segreto del successo degli anodi risiede nella loro esclusiva chimica interfase solido-elettrolita (SEI), un risultato dell’innovativa composizione elettrolitica del team di 3 M LiPF6 disciolto in un rapporto di volume di 1:3 di 1,3-diossano e 1,2-dietossietano. Questa formulazione favorisce lo sviluppo di un SEI a doppio strato flessibile ma robusto, che tiene insieme le particelle di silicio fratturate migliorando al contempo la conduzione ionica e riducendo al minimo le reazioni collaterali. Le celle a sacchetto NCM811||μm-Si con la nuova combinazione di anodo ed elettrolita hanno resistito a 80 cicli e hanno fornito una densità energetica di 340,7 Wh kg -1 in condizioni difficili. Questa prestazione rappresenta un miglioramento significativo rispetto alle batterie agli ioni di litio convenzionali, che si stanno avvicinando ai limiti della densità energetica. Il dott. Dong Tiantian, altro co-autore principale dello studio, ha sottolineato i benefici ambientali: “l’approvvigionamento sostenibile di silicio da pannelli solari scartati mitiga sia l’impatto economico che ambientale dei rifiuti fotovoltaici. La conversione dei rifiuti in componenti di batterie di valore riduce significativamente il costo delle batterie agli ioni di litio e ne aumenta l’accessibilità”. (30science.com)