Sviluppata nuova batteria al litio con produzione semplice ed elevata sicurezza

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Il team del Prof. Dr. Francesco Ciucci dell'Università di Bayreuth ha sviluppato batterie al litio-metallo allo stato solido con elevata densità di energia e stabilità. Utilizzando un nuovo additivo a base di nitrati, hanno risolto i problemi di incompatibilità negli elettroliti delle batterie, sottolineando l'importanza della progettazione molecolare nella creazione di additivi efficaci per elettroliti quasi allo stato solido.

Per la prima volta, il Prof. Dr. Francesco Ciucci, titolare della cattedra di Progettazione di elettrodi per sistemi energetici elettrochimici presso l'Università di Bayreuth, in collaborazione con i suoi partner di ricerca cinesi, è riuscito a risolvere l'incompatibilità tra nitrato di litio e 1,3-diossolano ( DOL) per l'uso in elettroliti di batterie quasi solidi. Hanno raggiunto questo obiettivo integrando un nuovo additivo a base di nitrati. Questo progresso ha implicazioni significative per le batterie a stato solido. Consente lo sviluppo di batterie al litio metallico a stato solido che non solo sono altamente sicure e durevoli, ma anche facili da produrre. Inoltre, questo processo mantiene i metodi di produzione esistenti utilizzati per le batterie a liquido convenzionali.

"Allo stesso tempo, la natura allo stato solido delle batterie garantisce un elevato livello di sicurezza, mentre la loro produzione rimane semplice", afferma il Prof. Ciucci. "Abbiamo dimostrato l'universalità dell'approccio creando vari tipi di batterie al litio-metallo. In particolare, la cella Li-S a sacchetto prodotta mostra prestazioni superiori rispetto alle celle Li-S a sacchetto precedentemente documentate."

In uno studio pubblicato sulla rivista 'Energy & Environmental Science', il gruppo di ricerca del Prof. Ciucci ha introdotto un nuovo additivo, il trietilenglicole dinitrato, appositamente studiato per consentire la polimerizzazione del DOL. Il gruppo di ricerca ha dimostrato che, in concomitanza con la polimerizzazione, la formazione di uno strato interfase di elettrolita solido ricco di azoto sopprime le reazioni parassitarie dannose e aumenta anche l’efficienza delle batterie.

Sulla base dei risultati dello studio, sono state sviluppate diverse celle della batteria. Tra questi, le celle a bottone su scala di laboratorio potrebbero caricarsi e scaricarsi stabilmente più di 2000 volte. In modo interessante, è stata fabbricata anche una cella a sacca Li-S da 1,7 Ah con un'elevata densità di energia di 304 Wh kg-1 e un ciclo stabile. Il Prof. Ciucci conferma: "Questo studio sottolinea l'importanza della progettazione della struttura molecolare nella creazione di additivi efficaci per elettroliti quasi allo stato solido. Rappresenta un progresso significativo nella fattibilità pratica dell'impiego di elettroliti quasi allo stato solido basati su poli-DOL in batterie al litio metallico."

Zilong Wang et al.; Verso batterie pratiche e durevoli al litio-metallo: avanzamento della fattibilità di elettroliti quasi allo stato solido basati su poli-DOL tramite un nuovo additivo a base di nitrati; Ambiente energetico. Sci., 2023, Articolo anticipato

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