L’idrossido di litio superionico spinge in avanti le batterie allo stato solido ricaricabili
(rinnovabili.it) – È dal 2014 che le batterie allo stato solido corteggiano la mobilità elettrica. Sicure, veloci da ricaricare e compatte, potenzialmente potrebbero risolvere i diversi problemi ancora aperti delle convenzionali batterie agli ioni di litio. Fino ad ora, tuttavia, il loro impiego come dispositivi ricaricabili è abbastanza limitato.
Uno degli svantaggi di questa tecnologia risiede nell’elevata resistenza al trasferimento degli ioni, causata principalmente dall’instabilità dell’interfaccia tra elettrolito solido e anodo quando quest’ultimo è realizzato in litio metallico. Durante i cicli di carica e scarica, però, gli ioni di litio nell’elettrolita si combinano con gli elettroni sulla superficie dell’anodo dando vita alla formazione di dendriti, strutture aghiformi che rischiano di perforare la membrana che separa i due elettrodi. Perché, dunque, ostinarsi a usare il litio metallico? Perché questo materiale offre una densità energetica molto più alta del grafene e possiede la più alta capacità teorica mai registrata (3860 mAh/g).
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Per risolvere il problema, un team di scienziati della Tohoku University ha deciso di mettere mano all’elettrolita. Il gruppo ha creato un nuovo composto solido che mostra un’elevata conduttività ionica e un’elevata stabilità a contatto con il litio metallico, e che può pertanto rappresentare una vera svolta per le batterie allo stato solido.
Nel dettaglio il nuovo materiale, ottenuto progettando strutture di cluster di idrogeno, è un complesso conduttore superionico all’idruro di litio. “Gli idruri complessi hanno ricevuto molta attenzione nell’affrontare i problemi associati all’anodo di metallo al litio a causa della loro eccezionale stabilità chimica ed elettrochimica contro l’anodo di metallo al litio“, ha affermato Sangryun Kim del gruppo di ricerca giapponese. “Ma a causa della loro bassa conduttività ionica il loro utilizzo non è mai stato tentato nelle batterie pratiche, quindi eravamo molto motivati nel capire se lo sviluppo di idruri complessi con conducibilità superionica a temperatura ambiente potessero consentire l’uso del litio metallico. E ha funzionato”.
Gli scienziati sono convinti che il loro elettrolita possa portare alla realizzazione di batterie al litio-zolfo allo stato solido ad alta densità di energia (> 2500 Wh/kg) ad una densità di corrente di 5016 mA/g. I risultati dello studio sono stati pubblicati su Nature (testo in inglese).