Le batterie al litio-zolfo di Lyten potrebbero ridurre il peso e i costi, se riusciranno a durare nel tempo.
La chiave per costruire batterie meno costose che possono estendere l’autonomia dei veicoli elettrici potrebbe risiedere in un materiale economico e abbondante: lo zolfo.
Per affrontare i cambiamenti climatici saranno necessarie molte batterie, sia per alimentare una flotta sempre più numerosa di veicoli elettrici sia per immagazzinare energia rinnovabile nella rete. Oggi le batterie agli ioni di litio sono la scelta dominante per entrambi i settori.
Ma con l’aumento del fabbisogno di batterie, l’estrazione dei materiali necessari diventa sempre più impegnativa. La soluzione potrebbe risiedere in un numero crescente di alternative che evitano alcuni dei metalli più limitati e controversi necessari per le batterie agli ioni di litio, come il cobalto e il nichel.
Una chimica concorrente, quella del litio-zolfo, potrebbe presto raggiungere un importante traguardo: la startup Lyten prevede infatti di consegnare quantità limitate di celle al litio-zolfo ai suoi primi clienti entro la fine dell’anno. Le celle (che possono essere collegate tra loro per costruire batterie di diverse dimensioni) saranno destinate a clienti dell’industria aerospaziale e della difesa, un passo avanti verso la costruzione di batterie in grado di superare la prova dei veicoli elettrici.
Quando si tratta di nuove opzioni per le batterie, “abbiamo bisogno di qualcosa che possiamo produrre in quantità e in tempi brevi. Ed è qui che entra in gioco il litio-zolfo”, afferma Celina Mikolajczak, chief battery technology officer di Lyten.
Lo zolfo è ampiamente abbondante e poco costoso: un motivo importante per cui le batterie al litio-zolfo potrebbero avere un prezzo molto più basso. Il costo dei materiali è circa la metà di quello delle celle agli ioni di litio, spiega Mikolajczak.
Questo non significa però che il costo delle nuove batterie sarà immediatamente inferiore. Gli ioni di litio hanno avuto decenni per ridurre lentamente i costi, poiché la produzione è aumentata e le aziende hanno risolto i problemi. Ma un costo inferiore dei materiali significa un potenziale di batterie più economiche in futuro.
Non solo le batterie al litio-zolfo potrebbero fornire un modo più economico di immagazzinare l’energia, ma potrebbero anche battere gli ioni di litio su un parametro cruciale: la densità energetica. Una batteria al litio-zolfo può contenere quasi il doppio dell’energia di una batteria agli ioni di litio dello stesso peso. Questo potrebbe essere un grande vantaggio per i veicoli elettrici, consentendo alle case automobilistiche di costruire veicoli che possono andare più lontano con una singola carica senza appesantirli.
Tuttavia, ci sono ancora grossi ostacoli tecnici che Lyten deve superare affinché i suoi prodotti siano pronti a circolare su strada con i veicoli elettrici. Il principale è la durata delle batterie.
Le attuali batterie agli ioni di litio costruite per i veicoli elettrici possono durare 800 cicli o più (cioè possono essere scaricate e ricaricate 800 volte). Le opzioni al litio-zolfo tendono a degradarsi molto più rapidamente, con punte che oggi si aggirano intorno ai 100 cicli, afferma Shirley Meng, ricercatore di batterie presso l’Università di Chicago e l’Argonne National Laboratory.
Questo perché domare le reazioni chimiche che alimentano le batterie al litio e zolfo si è rivelata una sfida. Le reazioni indesiderate tra il litio e lo zolfo possono ridurre la vita delle batterie e condurle a una morte precoce.
Lyten non è certo la prima a perseguire le promesse delle batterie al litio-zolfo: da decenni, infatti, aziende grandi e piccole si cimentano in questa chimica. Alcune, come la britannica Oxis Energy, hanno chiuso i battenti, mentre altre, come Sion Power, si sono allontanate dal litio-zolfo. Ma la crescente domanda di alternative e un livello più alto di interesse e di finanziamenti potrebbero far sì che Lyten riesca ad avere successo dove i precedenti sforzi hanno fallito, afferma Meng.
Secondo Mickolajczak, Lyten ha fatto progressi nell’allungare la durata delle sue batterie: recentemente alcuni campioni hanno raggiunto i 300 cicli. L’autrice attribuisce il successo al materiale di grafene 3D di Lyten, che aiuta a prevenire reazioni collaterali indesiderate e ad aumentare la densità energetica delle celle. L’azienda sta anche cercando di utilizzare il grafene 3D, una struttura più complicata rispetto alla varietà bidimensionale, in altri prodotti come sensori e compositi.
Nonostante i recenti progressi, Lyten è ancora lontana dal produrre batterie che possano durare abbastanza a lungo da alimentare un veicolo elettrico. Nel frattempo, l’azienda intende portare le sue celle sul mercato in luoghi dove la durata non è così importante.
Poiché le batterie al litio-zolfo possono essere estremamente leggere, l’azienda sta lavorando con clienti che costruiscono dispositivi come i droni, per i quali la sostituzione frequente delle batterie varrebbe il risparmio di peso, afferma Keith Norman, responsabile della sostenibilità di Lyten.
L’azienda ha aperto una linea di produzione pilota nel 2023 con una capacità massima di 200.000 celle all’anno. Di recente ha iniziato a produrre un piccolo numero di celle, la cui consegna ai clienti paganti è prevista per la fine dell’anno.
L’azienda non ha reso noto quali aziende riceveranno le prime batterie. Per il futuro, due dei principali obiettivi dell’azienda sono il miglioramento della durata e la scalabilità della produzione sia del grafene 3D che delle celle delle batterie, afferma Norman.
La strada per arrivare a batterie al litio-zolfo in grado di alimentare i veicoli elettrici è ancora lunga, ma come sottolinea Mikolajczak, l’attuale chimica di base, gli ioni di litio, è migliorata a passi da gigante per quanto riguarda il costo, la durata e la densità energetica negli anni in cui le aziende hanno lavorato per modificarla.
Mikolajczak afferma che le persone hanno sperimentato una vasta gamma di opzioni chimiche per le batterie. “Per realizzare una di queste opzioni è necessario impegnarsi a fondo”.
Foto di copertina: Lyten utilizza un materiale di grafene 3D per aumentare la densità energetica delle sue batterie al litio-zolfo. LYTEN
