Un nuovo studio, condotto da Paul Braun professore di scienza dei materiali dell’Università dell’Illinois Urbana-Champaign, Usa, dal ricercatore post-dottorato Beniamin Zahiri e da John Cook direttore della ricerca e sviluppo presso Xerion Advanced Battery Corp., dimostra come il controllo sull’allineamento atomico dei materiali solidi può migliorare l’interfaccia tra l’elettrolita solido e il catodo, oltre che la stabilità, nelle batterie allo stato solido.

I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Nature Materials. “Con le batterie, non sono solo i materiali ad essere importanti, ma anche il modo in cui sono disposti gli atomi sulle superfici di quei materiali”, ha detto Zahiri. “Attualmente, gli elettrodi delle batterie allo stato solido contengono materiali con una grande diversità di disposizioni degli atomi superficiali. Ciò porta a un numero apparentemente infinito di possibilità di interfaccia di contatto tra l’elettrodo e l’elettrolita solido, tutte con diversi livelli di reattività chimica”.

La stabilità di un elettrolita controlla il numero di cicli di carica e scarica che una batteria può gestire prima che inizi a perdere potenza. Per questo motivo, è essenziale trovare i materiali elettrolitici più stabili. “Nella fretta di trovare materiali elettrolitici solidi stabili, gli sviluppatori hanno perso di vista l’importanza di ciò che sta accadendo in quella sottile interfaccia tra elettrolita ed elettrodo“, ha detto Zahiri. “Ma la stabilità dell’elettrolita non avrà importanza se la connessione tra esso e gli elettrodi non può essere valutata in modo efficiente”.

In laboratorio, il team ha costruito elettrodi contenenti ioni sodio e litio con disposizioni atomiche specifiche. Hanno trovato correlazioni tra le prestazioni della batteria e la disposizione atomica dell’interfaccia nelle batterie allo stato solido sia al litio che al sodio. Hanno anche scoperto che ridurre al minimo l’area della superficie dell’interfaccia e controllare l’allineamento atomico degli elettrodi è fondamentale sia per comprendere la natura delle instabilità dell’interfaccia sia per migliorare le prestazioni delle celle.

“Questo è un nuovo paradigma per come valutare tutti gli importanti elettroliti solidi disponibili oggi”, ha detto Cook. “Prima di questo, stavamo in gran parte solo indovinando quali strutture di interfaccia elettrodo-elettrolita solido offrissero le migliori prestazioni, ma ora possiamo testarlo e trovare la migliore combinazione di materiali e orientamenti atomici“. Come dimostrato dal coautore Elif Ertekin, avere questo livello di controllo ha fornito ai ricercatori le informazioni necessarie per eseguire simulazioni atomiche che ipotizzano porteranno a materiali elettrolitici ancora migliori in futuro.

AGC GreenCom 21 Maggio 2021 18:00