Una fotografia (a sinistra), un'immagine al microscopio elettronico a scansione (al centro) e un'illustrazione schematica della struttura composita dell'elettrolita (a destra), rispettivamente. Credito:Grewal e Yabu.
Le batterie agli ioni di litio (LIB) sono batterie ampiamente utilizzate che supportano la moderna società ITC, inclusi smartphone e veicoli elettrici. I LIB vengono caricati e scaricati ripetutamente dagli ioni di litio che passano avanti e indietro tra gli elettrodi positivo e negativo, con l'elettrolita agli ioni di litio che funge da passaggio per gli ioni.
Normalmente, elettroliti organici come il carbonato di etilene liquido (EC) e i loro gel sono stati utilizzati come elettrolita agli ioni di litio a causa della loro resistenza alla tensione e conduttività ionica. Tuttavia, poiché liquidi e gel sono infiammabili, è preferibile passare a elettroliti solidi polimerici più sicuri.
Elettroliti solidi polimerici come il polietilenglicole (PEG) sono stati proposti come elettroliti agli ioni di litio resistenti agli urti. Tuttavia, gli elettroliti polimerici a base di PEG cristallizzano vicino alla temperatura ambiente, determinando un calo significativo della conducibilità degli ioni di litio a circa 10 -6 S/cm a temperatura ambiente.
Per risolvere questo problema, un gruppo di ricerca ha inventato un nuovo tipo di elettrolita solido polimerico combinando una membrana polimerica porosa con pori di diversi micron e un elettrolita polimerico a base di PEG di polietilene glicole fotoreticolabile. L'elettrolita solido polimerico ha realizzato un'ampia finestra di potenziale (4,7 V), un'elevata conducibilità agli ioni di litio nel 10 -4 Classe S/cm, equivalente a un liquido e sufficiente per l'uso pratico, e un elevato numero di trasferimento di ioni di litio (0,39).
Dipendenze dalla temperatura di elettroliti compositi a film a nido d'ape di diverse dimensioni dei pori dalle conduttività ioniche. Credito:Grewal e Yabu
Gli ioni di litio che si trasferiscono nell'elettrolita si muovono in varie direzioni a causa della diffusione naturale. La distanza varia da diversi µm a 10 µm e non si sposta sempre in modo lineare tra gli elettrodi, che è uno dei motivi della diminuzione della conduttività ionica. Nel presente studio, pertanto, le prestazioni degli elettroliti polimerici solidi a base di PEG fotoreticolati sono state migliorate mediante la loro composizione con membrane porose di dimensioni micron.
Questo elettrolita solido polimerico non solo mostra elevate prestazioni come elettrolita, ma dovrebbe anche essere efficace nel scoraggiare la formazione di dendriti di Li (cristalli dendritici), che possono causare ignizione, a causa dell'inclusione di una membrana porosa. Attraverso la realizzazione di LIB sicuri e ad alte prestazioni, questo risultato contribuirà alla realizzazione di un approvvigionamento energetico sostenibile, che è il settimo obiettivo degli SDG.
Lo studio è pubblicato su iScience . + Esplora ulteriormente
