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Un team di ricerca internazionale ha introdotto una nuova strategia per omogeneizzare il catodo delle batterie al litio allo stato solido, migliorando significativamente il ciclo di vita e la densità energetica.
Le batterie al litio allo stato solido offrono diversi vantaggi, come una maggiore sicurezza rispetto alle batterie a ioni di litio, un’elevata densità di energia, un ampio intervallo di temperatura di esercizio e una lunga durata del ciclo. Tuttavia, tra i principali svantaggi ci sono i meccanismi di degradazione legati a problemi di interfaccia e meccanicistici. Tra questi rientra anche l’architettura catodica.
Il problema del catodo composito eterogeneo
Nelle batterie al litio allo stato solido i tradizionali catodi soffrirebbero di una conduzione ionica molto limitata. Per questo normalmente si aggiungono additivi elettrochimicamente inattivi in grado di aumentare tale capacità. La strategia principale vuole l’introduzione di elettroliti solidi come mezzo ionicamente conduttivo per costruire un catodo composito eterogeneo. Tuttavia, l’approccio compromette la densità energetica e la durata del ciclo, comportando complicati problemi di interfaccia.
La soluzione arriva oggi da una nuova ricerca condotta dal Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT) dell’Accademia cinese delle scienze, assieme ad esperti di importanti istituzioni internazionali. Gli scienziati hanno sviluppato una strategia di omogeneizzazione del catodo che utilizza LTG 0.25 PSSe 0.2, un materiale a deformazione zero. Questo composto presenta un’eccellente conduttività ionica ed elettronica mista, garantendo un trasporto di carica efficiente durante il processo di scarica senza la necessità di aggiungere additivi conduttivi.
I benefici del catodo omogeneo
LTG 0.25 PSSe 0.2 mostra parametri di prestazione impressionanti, tra cui una capacità specifica di 250 mAh/g e una variazione di volume minima di appena l’1,2%. Un catodo omogeneo realizzato interamente con questo composto consentirebbe alle batterie al litio allo stato solido di raggiungere oltre 20.000 cicli di funzionamento stabile a temperatura ambiente e un’elevata densità di energia di 390 Wh/kg a livello di cella.
“La nostra strategia di omogeneizzazione del catodo sfida il design convenzionale del catodo eterogeneo”, spiega il dott. Cui Longfei, co-primo autore dello studio pubblicato su Nature Energy. “Eliminando la necessità di additivi inattivi, miglioriamo la densità energetica e prolunghiamo la durata del ciclo della batteria”.
Questo lavoro rappresenta un progresso non solo per questo segmento. Anche altri tipi di batterie, tra cui batterie al sodio allo stato solido, le batterie agli ioni di litio, le batterie al litio-zolfo, le batterie agli ioni di sodio e celle a combustibile, affrontano sfide legate agli elettrodi eterogenei. Questi sistemi spesso soffrono di incompatibilità meccanochimiche ed elettrochimiche, creando significativi colli di bottiglia e degradando le prestazioni complessive della batteria.
