Gli scienziati cinesi raggiungono una svolta nella ricerca sulle batterie al litio allo stato solido

Immagina se la batteria del tuo smartphone non fosse solo più sicura e piccola, ma durasse anche molto più a lungo con una singola carica: quanto sarebbe incredibile! Di recente, un team di ricerca del Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology, Chinese Academy of Sciences, ha fatto una nuova svolta nel campo delle batterie al litio allo stato solido. Questo progresso potrebbe potenzialmente trasformare in realtà il sogno di dispositivi elettronici miniaturizzati e di lunga durata. I risultati sono stati pubblicati il ​​31 luglio sulla rivista accademica internazionale Nature Energy.

Le batterie agli ioni di litio, che alimentano smartphone, laptop e altri dispositivi elettronici, in genere immagazzinano e rilasciano energia utilizzando elettroliti liquidi. Ora, gli scienziati stanno esplorando un nuovo tipo di batteria: la batteria al litio completamente allo stato solido. A differenza delle batterie convenzionali, queste batterie utilizzano elettroliti solidi anziché liquidi, rendendole più sicure e meno soggette a perdite o incendi.

Sebbene le batterie al litio allo stato solido sembrino ideali, devono affrontare diverse sfide nello sviluppo. Il problema principale risiede nella difficoltà di ottenere una perfetta compatibilità chimica e fisica tra diversi materiali all‘interno del catodo della batteria, il che porta a vari problemi di interfaccia che possono influenzare la densità energetica e la durata. Per risolvere questo problema, il team di ricerca ha sviluppato un nuovo materiale, il materiale catodico omogeneo (Litio Titanio Germanio Fosforo Zolfo Selenio, LTGPSSe).

Questo nuovo materiale offre diversi vantaggi rispetto ai materiali tradizionali:

1. Elevata conduttività: il nuovo materiale vanta un‘elevata conduttività ionica ed elettronica, che supera di oltre 1.000 volte quella dei materiali catodici convenzionali (materiali catodici a ossido stratificato). Ciò significa che anche senza affidarsi ad additivi conduttivi, il catodo può completare in modo efficiente il processo di carica-scarica, migliorando significativamente le prestazioni complessive della batteria.

2. Elevata capacità di scarica: la capacità di scarica del nuovo materiale raggiunge i 250 mAh/g, superando i materiali catodici ad alto contenuto di nichel attualmente in uso. Ciò consente alla batteria di immagazzinare più energia per lo stesso peso o volume, estendendo il tempo di funzionamento tra le cariche e consentendo la progettazione di dispositivi più compatti.

3. Bassa variazione di volume: durante i cicli di carica e scarica, il nuovo materiale subisce solo una variazione di volume dell‘1,2%, molto inferiore al 50% riscontrato nei materiali tradizionali (materiali catodici a ossido stratificato). Questa minima variazione di volume aiuta a mantenere la stabilità strutturale, prolungando così la durata della batteria.

4. Elevata densità energetica: la densità energetica delle batterie al litio allo stato solido che utilizzano questo nuovo materiale raggiunge i 390 Wh/kg, 1,3 volte superiore a quella delle batterie al litio allo stato solido a ciclo lungo attualmente segnalate.

5. Lunga durata: le batterie al litio allo stato solido realizzate con questo materiale possono raggiungere oltre 10.000 cicli con una lunga durata del ciclo. Anche dopo 5.000 cicli di carica, la batteria conserva l‘80% della sua capacità iniziale, fornendo ampia potenza per un periodo più lungo.

Questa ricerca offre un supporto tecnologico cruciale per lo sviluppo di dispositivi di accumulo di energia ad alta densità energetica e lunga durata, fornendo fonti di energia sicure e durevoli per veicoli elettrici, reti di accumulo di energia, apparecchiature per le profondità marine e lo spazio profondo. Presenta inoltre implicazioni significative per lo sviluppo di nuovi sistemi di accumulo di energia.