Batterie a stato solido più compatte, sicure e capienti: il MIT ne migliora la stabilità

Un team di ricercatori del MIT (Massachusetts Institute of Technology) ha annunciato di aver messo a punto un nuovo elettrodo che permetterebbe la creazione di batterie a stato solido più stabili.
Come abbiamo spesso fatto presente, la progettazione e la realizzazione di batterie più sicure, di dimensioni ridotte e con una maggiore autonomia sono diventate una delle grandi sfide del XXI secolo. Di recente gli accademici della Monash University (Australia) hanno presentato un prototipo di batteria litio-zolfo (Li-S) che si preannuncia più efficiente rispetto agli standard attuali e, allo stesso tempo, più economica da produrre.

Secondo gli studiosi del MIT il futuro è nelle batterie a stato solido sulle quali sta puntando molto anche John Goodenough, uno degli inventori della batteria agli ioni di litio: Batteria a stato solido: durerà molto di più e sarà sicurissima.

Presso i laboratori del MIT i ricercatori sono riusciti a utilizzare un metallo puro di litio come anodo della batteria scartando il liquido o il gel polimero tipicamente adoperato come elettrolita tra due elettrodi all’interno della batteria (esso permette agli ioni di litio di spostarsi avanti e indietro durante i cicli di carica e scarica nelle attuali batterie).
Una batteria a stato solido consentirebbe di superare i problemi di sicurezza che nel tempo attanagliano le soluzioni odierne: nelle batterie che tutti noi oggi impieghiamo nei nostri dispositivi elettronici, l’anodo si degrada a poco a poco dando origine ai cosiddetti dendriti, piccole ramificazioni che possono arrivare anche a forare la barriera con il catodo. A seguito di questo fenomeno, con l’avvicinamento di anodo e catodo, possono aumentare i rischi di corto circuito, il surriscaldamento e la conseguente possibile esplosione della batteria: Quando e perché la batteria dello smartphone può esplodere.

Le batterie allo stato solido sono intrinsecamente più sicure ma via a via gli atomi tendono ad accumularsi sul metallo di litio causandone l’espansione durante le fasi di carica e la contrazione durante la scarica. Queste mutazioni tendono a provocare nel tempo la rottura o la rottura dell’elettrolita solido.
Un’altra sfida è che nessuno degli elettroliti solidi finora sfruttati è veramente stabile a contatto con metallo di litio causando, appunto, il progressivo degradamento dello stesso.

I ricercatori del MIT hanno utilizzato due classi aggiuntive di solidi noti come “conduttori misti ionico elettronici” (MIEC) e “isolanti ionico litio elettronici” (ELI), entrambi chimicamente stabili a contatto con il metallo di litio.
Gli scienziati hanno quindi sviluppato una nanoarchitettura 3D utilizzando un set di tubi MIEC esagonali a nido d’ape parzialmente immersi nel metallo di litio: quando il litio si espande durante la carica può beneficiare del vuoto alleviando così la pressione causata dal fenomeno di espansione. L’ELI viene utilizzato come legante meccanico tra le pareti del MIEC e lo strato elettrolitico solido.

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