Batterie ricaricabili al litio metallico con maggiore densità di energia, prestazione, e la sicurezza può essere possibile con un nuovo, interfase solido-elettrolita (SEI), secondo i ricercatori della Penn State.

Con l'aumento della domanda di batterie al litio metallico ad alta densità di energia, per i veicoli elettrici, smartphone, e droni:la stabilità del SEI è stata un problema critico che ha fermato il loro avanzamento perché uno strato di sale sulla superficie dell'elettrodo di litio della batteria lo isola e conduce gli ioni di litio.

"Questo strato è molto importante ed è formato naturalmente dalla reazione tra il litio e l'elettrolita nella batteria, " ha detto Donghai Wang, professore di ingegneria meccanica e chimica. "Ma non si comporta molto bene, che crea molti problemi".

Uno dei componenti meno compresi delle batterie al litio metallico, la degradazione del SEI contribuisce allo sviluppo dei dendriti, che sono formazioni aghiformi che crescono dall'elettrodo al litio della batteria e influiscono negativamente sulle prestazioni e sulla sicurezza. I ricercatori hanno pubblicato il loro approccio a questo problema oggi (11 marzo) in Materiali della natura .

"Ecco perché le batterie al litio metallico non durano più a lungo:l'interfase cresce e non è stabile, " Wang ha detto. "In questo progetto, abbiamo usato un composito polimerico per creare un SEI molto migliore."

Guidato dallo studente di dottorato in chimica Yue Gao, il SEI potenziato è un composito polimerico reattivo costituito da sale polimerico di litio, nanoparticelle di fluoruro di litio, e fogli di ossido di grafene. La nuova costruzione di questo componente della batteria ha strati sottili di questi materiali, che è dove Thomas E. Mallouk, Professore di chimica dell'Università Evan Pugh, prestato la sua competenza.

"C'è molto controllo a livello molecolare che è necessario per ottenere un'interfaccia stabile al litio, " Ha detto Mallouk. "Il polimero che Yue e Donghai hanno progettato reagisce per creare un legame simile ad un artiglio alla superficie del metallo di litio. Dà alla superficie del litio ciò che vuole in modo passivo in modo che non reagisca con le molecole nell'elettrolita. I nanofogli nel composito fungono da barriera meccanica per impedire la formazione di dendriti dal metallo di litio".

Utilizzando sia la chimica che la progettazione ingegneristica, la collaborazione tra i campi ha consentito alla tecnologia di controllare la superficie del litio su scala atomica.

"Quando progettiamo batterie, non pensiamo necessariamente come i chimici, fino al livello molecolare, ma questo è quello che dovevamo fare qui, " disse Malluk.

Il polimero reattivo riduce anche il peso e il costo di produzione, migliorare ulteriormente il futuro delle batterie al litio metallico.

"Con un SEI più stabile, è possibile raddoppiare la densità di energia delle batterie attuali, pur facendoli durare più a lungo ed essere più sicuri, "Ha detto Wang.