Recentemente, i ricercatori cinesi hanno superato i limiti di densità energetica e prestazioni delle batterie convenzionali agli ioni di litio, sviluppando celle pouch con una densità energetica superiore a 600 wattora/kg e batterie modulari con una capacità di 480 wattora/kg. Questi indicatori di prestazione migliorano direttamente la densità energetica e l’autonomia delle batterie agli ioni di litio esistenti di 2-3 volte.

Con il rapido sviluppo di settori emergenti come il trasporto elettrico, l’economia a bassa quota, l’elettronica di consumo e i robot umanoidi, la domanda di batterie ricaricabili ad alta energia e lunga durata sta diventando sempre più urgente. La densità energetica è un parametro fondamentale delle batterie, e come immagazzinare più energia riducendo al contempo peso e dimensioni è una sfida tecnica che i ricercatori di tutto il mondo stanno cercando di superare.

Le batterie al litio metallico, grazie a una densità energetica teorica significativamente superiore rispetto alle batterie convenzionali agli ioni di litio, sono considerate una tecnologia di batterie di nuova generazione in grado di risolvere i limiti prestazionali e di autonomia delle batterie esistenti. Tuttavia, le attuali progettazioni degli elettroliti faticano a soddisfare contemporaneamente i requisiti di aumento dell’energia erogata dalla batteria e della durata del ciclo.

Dopo anni di ricerca innovativa e progressi tecnici, un team di ricerca dell’Università di Tianjin e i suoi collaboratori hanno introdotto per primi un concetto di progettazione "delocalizzata" per elettroliti di batterie al litio metallico ad alta energia. Questo concetto supera la dipendenza della progettazione tradizionale degli elettroliti da una struttura di solvatazione dominante, ottenendo al tempo stesso una maggiore densità energetica e migliori prestazioni complessive. I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista accademica internazionale Nature il 13 agosto.

Hu Wenbin, professore presso la Scuola di Scienza e Ingegneria dei Materiali dell’Università di Tianjin e responsabile del team, ha spiegato che, grazie a questa innovazione, il team di ricerca ha raggiunto gli obiettivi prestazionali per la batteria ad alta densità energetica "Battery600" e ha conseguito con successo la scalabilità per il pacco batterie ad alta densità energetica "Pack480," ponendo una base importante per la futura applicazione delle batterie al litio metallico. Inoltre, la tecnologia mostra anche un’eccellente stabilità ciclica e sicurezza.

Attualmente, facendo leva su piattaforme nazionali come la Piattaforma nazionale di innovazione per l’integrazione industria-istruzione della tecnologia di accumulo energetico dell’Università di Tianjin e il Laboratorio nazionale chiave dei materiali funzionali a base di metalli preziosi, il team sta promuovendo attivamente la trasformazione tecnica e la verifica applicativa di questi risultati. Ha già realizzato una linea di produzione pilota per batterie al litio metallico ad alta energia, che sono state applicate con successo a tre modelli di veicoli aerei senza pilota miniaturizzati completamente elettrici in Cina, aumentando il tempo di volo di 2.8 volte rispetto alle batterie esistenti.

È stato riferito che il team ha attualmente padroneggiato le tecnologie chiave dell’intera catena delle batterie al litio ad alta energia, ovvero "materiali-elettrolita-elettrodo-batteria". Tutte le materie prime e le tecnologie chiave sono controllabili in modo indipendente, e il team dispone della capacità di produzione di massa con elevata coerenza. Si prevede che entrerà pienamente in produzione nella seconda metà di quest’anno.