Progettando un elettrolita solido, rigido da un lato e morbido dall'altro, i ricercatori hanno fabbricato una batteria al litio-metallo che sopprime completamente la formazione di dendriti, un grave rischio per la sicurezza che può causare incendi e ridurre la durata della batteria. Questo design supera anche un compromesso che è tipicamente presente in queste batterie, eliminando contemporaneamente la crescita dei dendriti e riducendo la resistenza all'interfaccia elettrodo/elettrolita. I metodi tipici non possono raggiungere entrambi questi obiettivi contemporaneamente.

I ricercatori, dai Proff. I gruppi di Yu-Guo Guo e Li-Jun Wan dell'Accademia cinese delle scienze e dell'Università dell'Accademia cinese delle scienze, hanno pubblicato un articolo sul nuovo elettrolita in un recente numero del Giornale della Società Chimica Americana .

"Abbiamo proposto un elettrolita solido asimmetrico, che può soddisfare contemporaneamente i requisiti di un anodo al litio privo di dendriti e una bassa resistenza di interfaccia nelle batterie solide, "Guo ha detto Phys.org .

Come spiegano i ricercatori, il compromesso nelle batterie al litio si verifica perché l'anodo di litio e il catodo hanno requisiti intrinsecamente contraddittori. Mentre l'anodo richiede un elettrolita rigido per bloccare la crescita dei dendriti, è difficile per un elettrolita rigido mantenere un contatto sufficiente con il catodo solido, che crea un'interfaccia catodo/elettrolita altamente resistiva.

Per affrontare questo problema, i ricercatori hanno progettato un elettrolita solido asimmetrico, in cui ogni lato ha un diverso tipo di superficie. Il lato rivolto verso l'anodo è un materiale ceramico rigido che preme contro l'anodo di litio per scoraggiare la crescita dei dendriti. D'altra parte, il lato rivolto verso il catodo è realizzato in un polimero morbido, che consente una forte connessione interfacciale con il catodo. L'intero elettrolita è anche molto sottile, a poco meno di 36 micrometri.

Nei test, i ricercatori hanno confrontato le batterie con il nuovo elettrolita con quelle con un elettrolita convenzionale. Dopo 1750 ore di ciclismo, hanno scoperto che le batterie con l'elettrolita convenzionale mostravano morfologie ruvide indicative della formazione di dendriti, mentre quelli con il nuovo elettrolita non hanno mostrato cambiamenti morfologici anche dopo 3200 ore di ciclismo, indicando che la crescita dei dendriti è stata effettivamente eliminata.

Andando avanti, i ricercatori si aspettano che le batterie al litio prive di dendrite porteranno a sistemi di accumulo di energia che combinano l'elevata energia e le densità di potenza delle batterie al litio con una maggiore sicurezza e una durata maggiore grazie all'eliminazione della crescita dei dendriti.

"Abbiamo in programma di progettare celle a sacchetto con questo elettrolita solido asimmetrico per ottenere un'elevata densità di energia nelle batterie solide, " disse Guo.

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