Le batterie sono diventate una componente essenziale della nostra vita quotidiana, alimentando tutto, dalle automobili elettriche ai sistemi di accumulo energetico. Tuttavia, la sicurezza delle batterie rimane una preoccupazione costante, in particolare a causa della natura infiammabile degli elettroliti liquidi comunemente utilizzati. Questo ha spinto i ricercatori a cercare alternative più sicure, come le batterie allo stato solido che utilizzano elettroliti solidi e il metallo di litio (Li). Un recente progresso in questo campo è stato realizzato da un team di ricerca dell’Università di Scienza e Tecnologia di Pohang (POSTECH), che ha sviluppato un metodo innovativo per aumentare l’efficienza e la durata delle batterie allo stato solido.
Le batterie secondarie, utilizzate in varie applicazioni, dipendono generalmente da elettroliti liquidi. Il rischio di incendi legato alla loro infiammabilità ha spinto la ricerca verso l’uso di elettroliti solidi e il litio metallico nelle batterie allo stato solido, offrendo un’opzione più sicura. Nel funzionamento di queste batterie, il litio viene depositato su un anodo e il movimento degli elettroni viene sfruttato per generare elettricità. Durante il processo di carica e scarica, il metallo di litio subisce un ciclo in cui perde elettroni, si trasforma in ione, riguadagna elettroni e viene elettrodepositato di nuovo nella sua forma metallica. Tuttavia, un’elettrodeposizione indiscriminata di litio può esaurire rapidamente il litio disponibile, portando a una riduzione significativa delle prestazioni e della durata della batteria.
Per affrontare questo problema, il team di ricerca ha collaborato con il POSCO N.EX.T Hub per sviluppare uno strato di protezione dell’anodo composto da un legante funzionale (PVA-g-PAA) per le batterie allo stato solido. Questo strato presenta eccezionali proprietà di trasferimento del litio, prevenendo l’elettrodeposizione casuale e promuovendo un processo di ‘elettrodeposizione dal basso’. Questo garantisce che il litio venga depositato uniformemente dal fondo della superficie dell’anodo.
Utilizzando un microscopio elettronico a scansione (SEM), il team di ricerca ha condotto un’analisi che ha confermato la stabile elettrodeposizione e distacco degli ioni di litio. Questo ha ridotto significativamente il consumo inutile di litio. Le batterie allo stato solido sviluppate dal team hanno anche dimostrato prestazioni elettrochimiche stabili per periodi prolungati anche con metallo di litio spesso 10 micrometri (μm) o meno.
Il professor Soojin Park, che ha guidato la ricerca, ha espresso il suo impegno dicendo: “Abbiamo ideato un sistema di batterie allo stato solido duraturo attraverso una nuova strategia di elettrodeposizione.” Ha aggiunto: “Con ulteriori ricerche, miriamo a fornire modi più efficaci per migliorare la durata della batteria e aumentare la densità energetica.” Sulla base dei risultati collaborativi, POSCO Holdings prevede di muoversi verso la commercializzazione degli anodi di metallo di litio, un materiale fondamentale per la prossima generazione di batterie secondarie.
L’elettrodeposizione è il metodo di depositare un metallo su un elettrodo immerso in un elettrolita facendo passare una corrente elettrica attraverso l’elettrolita. Questo processo è fondamentale per il funzionamento delle batterie allo stato solido, in quanto consente il deposito controllato del litio sull’anodo.
Il PVA-g-PAA, ovvero poli(alcool vinilico)-innesto-poli(acido acrilico), è il legante funzionale utilizzato dal team di ricerca per creare lo strato di protezione dell’anodo. Questo materiale ha dimostrato di avere proprietà superiori nel trasferimento del litio, contribuendo a una elettrodeposizione più uniforme e controllata.
Il distacco è il fenomeno in cui il metallo di litio perde elettroni e si trasforma in ioni di litio. Questo processo è cruciale durante la carica e la scarica delle batterie, e la capacità di controllarlo può portare a una maggiore efficienza e durata della batteria.
