I ricercatori di Skoltech e i loro colleghi hanno dimostrato che LATP, un elettrolito solido considerato per l'uso nello stoccaggio di energia di prossima generazione, è molto sensibile all'acqua, che ha implicazioni dirette per le potenziali prestazioni e la durata della batteria. Il documento è stato pubblicato sulla rivista Chimica dei materiali .

Sebbene le fonti di energia rinnovabile attirino molto interesse in tutto il mondo grazie alle tecnologie verdi e all'elevata efficienza di conversione, la loro integrazione rimane una sfida poiché le energie rinnovabili sono intrinsecamente cicliche e incoerenti. Come la notte segue il giorno e la calma segue il vento, la modalità inattiva segue la generazione di energia. Un alimentatore così imprevedibilmente intermittente non può soddisfare le aspettative dei consumatori, ma c'è una soluzione che può superare questo ostacolo:le reti di accumulo di energia. Questi sistemi dovrebbero raccogliere l'energia generata spontaneamente e distribuirla su richiesta, fornendo un'erogazione di potenza stabile e flessibile.

Tra la vasta gamma di sistemi di accumulo di energia, le batterie redox-flow sembrano essere le più appropriate grazie alla facile scalabilità, operazione, e potenza di uscita controllabile. Una batteria a flusso redox è, in un modo, una batteria convenzionale capovolta:gli elettrodi sono liquidi (anolita e catolita) mentre l'elettrolita conduttivo ionico è una membrana solida. Le proprietà di questa membrana determinano le prestazioni finali e la durata della batteria, quindi gli scienziati stanno considerando vari materiali, sia inorganico che polimerico, che sarebbe adatto a questo scopo.

Uno di questi composti è Li _1.3 Al _0,3 Ti _1.7 (PO ₄ ) ₃ , o LATP. È un noto materiale conduttivo al litio appartenente alla famiglia NASICON (dal nome dei primi rappresentanti ben descritti conduttori di sodio:Na Super Ionic CONductor). Questa famiglia è definita da una struttura cristallina simile che ne determina l'elevata conducibilità ionica.

La conduttività LATP e le caratteristiche strutturali sono descritte abbastanza accuratamente, tuttavia la sua stabilità in fattori ambientali ordinari come l'aria e l'acqua rimane poco conosciuta. Così Mariam Pogosova dello Skoltech Center for Energy Science and Technology e i suoi colleghi hanno deciso di scoprire se l'acqua pura influenza le proprietà LATP.

"Il LATP ha innescato la nostra curiosità scientifica. Un noto conduttore superionico, LATP ha un alto potenziale per ulteriori miglioramenti chimici e tecnologici. Conoscevamo i suoi limiti, quali scarse proprietà meccaniche (fragilità) e instabilità nei confronti del litio metallico. Però, queste limitazioni erano del tutto accettabili in quanto pensavamo di compensarle attraverso la creazione di materiale composito. Così abbiamo iniziato i nostri esperimenti, "Spiega Pogosova.

Studi precedenti del gruppo hanno mostrato che la ceramica LATP perdeva conduttività in modo piuttosto drastico se conservata per diversi giorni sia nell'aria ambiente che nell'argon. I ricercatori hanno ipotizzato che l'umidità potrebbe svolgere un ruolo chiave in questa degradazione e hanno deciso di esplorare l'esposizione del LATP all'acqua.

Primo, gli scienziati hanno sintetizzato LATP attraverso l'originale reazione a stato solido a due stadi. Hanno quindi messo i loro campioni in acqua deionizzata per diversi periodi di tempo fino a 12 ore e hanno condotto le successive operazioni elettrochimiche, strutturale, analisi chimiche e morfologiche supportate da modelli teorici.

Gli esperimenti hanno mostrato che le ceramiche LATP si degradano notevolmente a contatto con l'acqua, perdendo fino al 64% in conducibilità ionica totale dopo circa due ore di esposizione. Gli scienziati hanno anche osservato altre prove di degrado:microcracking, distorsione della forma del grano, formazione di nanoparticelle, cambiamenti della composizione chimica, restringimento delle cellule unitarie, Poliedri intrastrutturali e cambiamenti di deformazione. Tutto ciò li ha portati a concludere che le ceramiche LATP sono altamente sensibili all'acqua e probabilmente non adatte all'uso in batterie a flusso redox acquose.

"Chiaramente, l'impatto dell'acqua è una preoccupazione per i LATP puri e la loro idoneità per i sistemi di flusso redox, soprattutto quelli acquosi. Voglio sottolineare che il sistema acqua deionizzata/LATP analizzato in questo studio non rappresenta le reali condizioni della batteria a flusso redox, poiché le soluzioni anolita/catolita sono più complesse. Perciò, a questo punto, Non proverei a predire il futuro di LATP. Tuttavia, Credo che le conoscenze fondamentali ottenute siano già preziose e applicabili:qualsiasi tipo di acqua è ora chiaramente un motivo per stare in allerta. Per esempio, Ora, possiamo preservare le prestazioni iniziali delle ceramiche LATP attraverso un semplice trattamento di essiccamento e sottovuoto, "dice Mariam Pogosova.

Lei nota anche che, sorprendentemente, la loro ricerca è il primo studio approfondito e versatile dell'impatto dell'acqua sul LATP. "Quindi stiamo pianificando ulteriori studi per perfezionare il comportamento LATP in altri media per rivelare se funzionerà bene in condizioni di flusso redox, "dice Pogosova.