Scoperto come risolvere due ostacoli delle batterie allo stato solido

I tecnici del centro di ricerca svizzero Paul Scherrer Institute (PSI) hanno messo a punto un nuovo processo di produzione per batterie allo stato solido che cerca di risolvere e superare due dei principali ostacoli tecnici che finora hanno rallentato l’adozione pratica di questo tipo di batterie: la formazione di dendriti di litio e l’instabilità elettrochimica all’interfaccia anodo/elettrolita.

Le nuove scoperte potrebbero accelerare l'esordio sul mercato di questo tipo di accumulatori, considerati uno dei pilastri per la diffusione di veicoli elettrici di prossima generazione, dotati di batterie con maggiore densità energetica, ricariche più rapide e standard di sicurezza superiori rispetto alle batterie agli ioni di litio convenzionali grazie all’eliminazione degli elettroliti liquidi infiammabili.

Un nuovo materiale per l'elettrolita

Per ottenere un elettrolita più resistente alla formazione di dendriti, i ricercatori del PSI hanno introdotto nella composizione chimica una certa percentuale di argirodite. Si tratta di un minerale dai cristalli molto piccoli raccolti in gruppi compatti.

La formazione di dentriti comporta il degrado della struttura interna delle celle

Foto di: InsideEVs

Per la produzione di elettroliti solidi, di solito, si richiedono processi di densificazione che si possono svolgere a temperatura ambiente, sfruttando pressioni elevate, oppure adottando processi con temperature che possono superare i 400 gradi. Queste lavorazioni comportano però un rischio reale di perdita di prestazioni del materiale, che rischia di indebolirsi o modificarsi e di vedere ridotte le proprie caratteristiche di conducibilità. Ed è anche su questo fronte che si sono cercate vie alternative.

Un nuovo metodo produttivo

I ricercatori svizzeri hanno invece adottato una sintetizzazione “dolce” a temperature moderate (circa 80 gradi) e sotto pressione controllata, ottenendo un elettrolita più denso e resistente, senza comprometterne la stabilità chimica.

Per stabilizzare ulteriormente l’interfaccia con il litio metallico - dove si annidano normalmente reazioni indesiderate e fenomeni di degradazione - è stato applicato un rivestimento ultrasottile di fluoruro di litio (LiF) di soli 65 nanometri. Questo funge da barriera sia chimica che fisica contro la formazione di dendriti. In test di laboratorio, le celle allo stato solido con questa struttura hanno mantenuto circa il 75% della capacità dopo 1.500 cicli di carica/scarica.

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