I ricercatori hanno decifrato il codice delle batterie allo stato solido
Utilizzando una combinazione di imaging avanzato e rivestimenti ultrasottili, i ricercatori stanno lavorando per rivoluzionare le prestazioni delle batterie allo stato solido
Dai veicoli elettrici alle cuffie wireless, le tradizionali batterie agli ioni di litio alimentano la nostra vita quotidiana perché si caricano rapidamente e immagazzinano molta energia. Tuttavia, si basano su una soluzione nota come elettrolita liquido, che può prendere fuoco se danneggiata o surriscaldata.
Matthias Jung
University of Missouri
I ricercatori dell'Università del Missouri potrebbero aver trovato una soluzione. Il professore assistente Matthias Young e il suo team hanno scoperto come utilizzare elettroliti solidi al posto di liquidi o gel per realizzare batterie allo stato solido, più sicure e più efficienti dal punto di vista energetico.
"Quando l'elettrolita solido entra in contatto con il catodo, reagisce e forma uno strato intermedio spesso circa 100 nanometri - 1.000 volte più piccolo di un singolo capello umano", ha dichiarato Young, che ricopre un incarico congiunto presso il College of Engineering e il College of Arts and Science di Mizzou. Questo strato impedisce agli ioni di litio e agli elettroni di muoversi facilmente, aumentando la resistenza e compromettendo le prestazioni della batteria".
La comprensione di questo problema nelle batterie allo stato solido - e il modo per superarlo - preoccupa gli scienziati da oltre un decennio.
Il team di Young ha affrontato il problema comprendendo meglio la causa principale.
Utilizzando la microscopia elettronica a trasmissione a scansione quadridimensionale (4D STEM), i ricercatori hanno analizzato la struttura atomica della batteria senza smontarla - una svolta rivoluzionaria nel campo. Questa tecnica innovativa ha permesso di comprendere a fondo le reazioni chimiche all'interno della batteria, rivelando infine che il colpevole è l'intercalare.
Una possibile soluzione
Dai veicoli elettrici alle cuffie wireless, le tradizionali batterie agli ioni di litio alimentano la nostra vita quotidiana perché si caricano rapidamente e immagazzinano molta energia. Tuttavia, si basano su una soluzione nota come elettrolita liquido, che può prendere fuoco se danneggiata o surriscaldata.
I ricercatori dell'Università del Missouri potrebbero aver trovato una soluzione. Il professore assistente Matthias Young e il suo team hanno scoperto come utilizzare elettroliti solidi al posto di liquidi o gel per realizzare batterie allo stato solido, più sicure e più efficienti dal punto di vista energetico.
"Quando l'elettrolita solido entra in contatto con il catodo, reagisce e forma uno strato intermedio spesso circa 100 nanometri - 1.000 volte più piccolo di un singolo capello umano", ha dichiarato Young, che ricopre un incarico congiunto presso il College of Engineering e il College of Arts and Science di Mizzou. Questo strato impedisce agli ioni di litio e agli elettroni di muoversi facilmente, aumentando la resistenza e compromettendo le prestazioni della batteria".
La comprensione di questo problema nelle batterie allo stato solido - e il modo per superarlo - preoccupa gli scienziati da oltre un decennio.
Il team di Young ha affrontato il problema comprendendo meglio la causa principale.
Utilizzando la microscopia elettronica a trasmissione a scansione quadridimensionale (4D STEM), i ricercatori hanno analizzato la struttura atomica della batteria senza smontarla - una svolta rivoluzionaria nel campo. Questa tecnica innovativa ha permesso di comprendere a fondo le reazioni chimiche all'interno della batteria, rivelando infine che il colpevole è l'intercalare.
Una possibile soluzione
Il laboratorio di Young è specializzato in film sottili formati da un processo di deposizione in fase di vapore noto come oxidative molecular layer deposition (oMLD). Ora vuole verificare se i materiali a film sottile del suo laboratorio possono formare strati protettivi che impediscano all'elettrolita solido e ai materiali del catodo di reagire tra loro.
"I rivestimenti devono essere abbastanza sottili da impedire le reazioni, ma non così spessi da bloccare il flusso di ioni di litio", ha detto. "Vogliamo preservare le proprietà ad alte prestazioni dei materiali solidi dell'elettrolita e del catodo. Il nostro obiettivo è utilizzare questi materiali insieme senza sacrificarne le prestazioni a favore della compatibilità".
Questo approccio su scala nanometrica, accuratamente studiato, aiuterà questi materiali a lavorare insieme senza problemi e porterà le batterie allo stato solido un passo più vicino alla realtà.
"Understanding Cathode-Electrolyte Interphase Formation in Solid State Li-Ion Batteries via 4D-STEM" è stato pubblicato su Advanced Energy Materials. I coautori sono Nikhila C. Paranamana, Andreas Werbrouck, Amit K. Datta e Xiaoqing He della Mizzou University.
Il laboratorio di Young è specializzato in film sottili formati da un processo di deposizione da vapore noto come oxidative molecular layer deposition (oMLD). Ora vuole verificare se i materiali a film sottile del suo laboratorio possono formare strati protettivi che impediscano all'elettrolita solido e ai materiali del catodo di reagire tra loro.
"I rivestimenti devono essere abbastanza sottili da impedire le reazioni, ma non così spessi da bloccare il flusso di ioni di litio", ha detto. "Vogliamo preservare le proprietà ad alte prestazioni dei materiali solidi dell'elettrolita e del catodo. Il nostro obiettivo è utilizzare questi materiali insieme senza sacrificarne le prestazioni a favore della compatibilità".
Questo approccio su scala nanometrica, accuratamente studiato, aiuterà questi materiali a lavorare insieme senza problemi e porterà le batterie allo stato solido un passo più vicino alla realtà.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Tedesco può essere trovato qui.
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