Notevolmente migliorato batterie per veicoli elettrici (EV). potrebbe essere un passo avanti grazie a un nuovo studio condotto dai ricercatori dell’Università di Oxford, pubblicato in Natura. Utilizzando tecniche di imaging avanzate, questo ha rivelato i meccanismi che causano il guasto delle batterie allo stato solido al litio metallico (Li-SSB). Se questi possono essere superati, le batterie a stato solido che utilizzano anodi di litio metallico potrebbero migliorare l’autonomia, la sicurezza e le prestazioni della batteria dei veicoli elettrici e contribuire a far progredire l’aviazione alimentata elettricamente.
Immagini di tomografia computerizzata a raggi X che mostrano la crescita progressiva di una crepa del dendrite di litio all’interno di una batteria a stato solido durante il processo di ricarica. Credito immagine: Dominic Melvin, Natura, 2023.
Uno dei co-autori principali dello studio Domenico Melvino, uno studente di dottorato presso il Dipartimento dei materiali dell’Università di Oxford, ha dichiarato: “Il progresso delle batterie a stato solido con anodi di litio metallico è una delle sfide più importanti per il progresso delle tecnologie delle batterie. Mentre le batterie agli ioni di litio di oggi continueranno a migliorare, la ricerca sulle batterie a stato solido ha il potenziale per essere altamente redditizia e una tecnologia rivoluzionaria.’
I Li-SSB si distinguono dalle altre batterie perché sostituiscono l’elettrolita liquido infiammabile nelle batterie convenzionali con un elettrolita solido e utilizzano il litio metallico come anodo (elettrodo negativo). L’uso dell’elettrolita solido migliora la sicurezza e l’uso del litio metallico consente di immagazzinare più energia. Una sfida critica con i Li-SSB, tuttavia, è che sono soggetti a cortocircuiti durante la ricarica a causa della crescita di “dendriti”: filamenti di litio metallico che si rompono attraverso l’elettrolita ceramico. Come parte della Faraday Institution Progetto SOLBATricercatori dei dipartimenti di materiali, chimica e scienze ingegneristiche dell’Università di Oxford, hanno condotto una serie di indagini approfondite per capire meglio come avviene questo cortocircuito.
In questo ultimo studio, il gruppo ha utilizzato una tecnica di imaging avanzata chiamata tomografia computerizzata a raggi X Sorgente luminosa diamantata per visualizzare il guasto dei dendriti con dettagli senza precedenti durante il processo di ricarica. Il nuovo studio di imaging ha rivelato che l’inizio e la propagazione delle fratture dendritiche sono processi separati, guidati da distinti meccanismi sottostanti. Le crepe dendritiche iniziano quando il litio si accumula nei pori sotto la superficie. Quando i pori si riempiono, un’ulteriore carica della batteria aumenta la pressione, portando alla rottura. Al contrario, la propagazione avviene con il litio che riempie solo parzialmente la fessura, attraverso un meccanismo di apertura a cuneo che fa aprire la fessura dal retro.
Questa nuova comprensione indica la via da seguire per superare le sfide tecnologiche dei Li-SSB. Dominic Melvin ha detto: “Ad esempio, mentre la pressione all’anodo di litio può essere utile per evitare lacune che si sviluppano all’interfaccia con l’elettrolita solido durante la scarica, i nostri risultati dimostrano che troppa pressione può essere dannosa, provocando la propagazione dei dendriti e cortocircuiti su ricarica più probabile.’
Sir Peter Bruce, Wolfson Chair, professore di materiali presso l’Università di Oxford, scienziato capo della Faraday Institution e autore corrispondente dello studio, ha dichiarato: “Il processo mediante il quale un metallo morbido come il litio può penetrare in un elettrolita ceramico duro altamente denso ha dimostrato impegnativo da comprendere con molti importanti contributi di eccellenti scienziati di tutto il mondo. Speriamo che le ulteriori informazioni che abbiamo acquisito aiutino il progresso della ricerca sulle batterie a stato solido verso un dispositivo pratico.’
Secondo un recente rapporto della Faraday Institutiongli SSB potrebbero soddisfare il 50% della domanda globale di batterie nell’elettronica di consumo, il 30% nei trasporti e oltre il 10% negli aerei entro il 2040.
Il professor Pam Thomas, CEO, Faraday Institution, ha dichiarato: “I ricercatori SOLBAT continuano a sviluppare una comprensione meccanicistica del guasto della batteria a stato solido, un ostacolo che deve essere superato prima che le batterie ad alta potenza con prestazioni commercialmente rilevanti possano essere realizzate per le applicazioni automobilistiche. Il progetto sta informando le strategie che i produttori di celle potrebbero utilizzare per evitare il guasto delle celle per questa tecnologia. Questa ricerca ispirata all’applicazione è un ottimo esempio del tipo di progressi scientifici che la Faraday Institution è stata istituita per guidare.’
Fonte: università di Oxford
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
