I dendriti sono i sottoprodotti distruttivi del ciclo di carica e scarica delle batterie agli ioni di litio. Questi minuscoli depositi si formano tra l'anodo e il catodo della batteria, accumulandosi nel tempo. Inevitabilmente, diminuiscono la durata della batteria. Più problematico è il rischio che la batteria prenda fuoco. Alla ricerca di batterie più sicure e più durature, soprattutto per le auto elettriche, camion, e aerei:i ricercatori continuano a esplorare metodi per sopprimere la formazione di dendriti.

I ricercatori della Carnegie Mellon University hanno scoperto che i cristalli liquidi possono essere utilizzati come elettroliti con anodi di litio metallico nelle batterie per sopprimere la crescita dei dendriti. I cristalli liquidi rappresentano una nuova classe di materiali che hanno proprietà diverse dai liquidi e dai solidi convenzionali. La soppressione dei dendriti avviene a causa della tendenza delle molecole di cristalli liquidi ad allinearsi in una disposizione ordinata.

Nei risultati pubblicati nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , il team di ricerca ha proposto vari criteri di progettazione per la selezione dei cristalli liquidi come elettroliti delle batterie che possono consentire batterie al litio metallico ben funzionanti.

"Questo insieme completo di regole di progettazione a livello molecolare aprirà la strada alla realizzazione di questa nuova classe di elettroliti per pratiche batterie al litio metallico, " disse Venkat Viswanathan, professore associato di ingegneria meccanica alla Carnegie Mellon.

"Le batterie con una maggiore densità di energia sono fondamentali per consentire l'elettrificazione di massa dei trasporti. Gli anodi di metallo al litio offrono un approccio promettente per migliorare la densità di energia delle batterie, ma la formazione di dendriti affligge la sicurezza e la durata del ciclo degli anodi di litio metallico, " disse Zeeshan Ahmad, l'autore principale della carta.

I risultati si basano sul precedente lavoro del team di ricerca sulla soppressione dei dendriti utilizzando elettroliti solidi. Sebbene gli elettroliti solidi forniscano una soppressione dei dendriti superiore, hanno conducibilità agli ioni di litio più lente e non possono essere facilmente integrati nelle attuali batterie agli ioni di litio. liquidi, d'altra parte, hanno una conduttività più rapida ma non possono sopprimere i dendriti.

I materiali a cristalli liquidi si trovano da qualche parte nel mezzo perché possiedono un certo ordine orientativo ma nessun ordine posizionale come i solidi. Sono facilmente integrabili nelle attuali batterie agli ioni di litio, sono più sicuri, e offrono la soppressione spontanea dei dendriti.

I cristalli liquidi hanno uno svantaggio:la loro stabilità non è attualmente buona come quella degli attuali elettroliti liquidi. Il prossimo passo in questa linea di ricerca è esaminare ulteriormente i materiali cristallini liquidi in modo che possano soddisfare tutti i criteri di progettazione per le batterie future.