L'elettrolito solido più resistente sviluppato per spingere le batterie a stato solido sul mercato di massa

7 ore fa p Gary Elinoff I materiali ceramici che compongono gli elettroliti a stato solido non resistono abbastanza bene alle sollecitazioni e alle tensioni del processo di produzione o dell'uso quotidiano. Per ovviare a questa carenza, un team di investigatori della Brown University ha arruolato grafene per raddoppiarne la resistenza. In una batteria agli ioni di litio (LiB), l'elettrolita si trova tra l'anodo e il catodo.
Il suo scopo è quello di consentire il flusso di ioni durante la carica o la scarica. La maggior parte dei LiB di oggi impiega elettroliti liquidi e fa un ottimo lavoro. Ma c'è un problema enorme in questo.
Gli elettroliti sono altamente infiammabili. Peggio ancora, all'interno dell'elettrolita liquido possono formarsi minuscoli filamenti di litio causando cortocircuiti elettrici. Il risultato è che ci sono troppe storie vere di LiB, che provocano incendi e addirittura esplodono.
Uno studio della Brown University ha studiato una strategia per sostituire gli elettroliti liquidi con elettroliti solidi. I risultati dello studio, riportati sulla rivista Matter, potrebbero rivelarsi utili per l'eventuale obiettivo di sviluppare batterie a stato solido sufficientemente resistenti per il mercato di massa. Come descritto da Christos Athanasiou, ricercatore post dottorato presso la School of Engineering di Brown e autore principale della ricerca, "C'è un grande interesse nel sostituire gli elettroliti liquidi nelle batterie attuali con materiali ceramici perché sono più sicuri e possono fornire una maggiore densità energetica" Athanasiou afferma: "Finora, la ricerca sugli elettroliti solidi si è concentrata sull'ottimizzazione delle loro proprietà chimiche.
Con questo lavoro, ci stiamo concentrando sulle proprietà meccaniche per renderle più sicure e più pratiche per un uso diffuso." Il grafene, il noto e super forte allotropio del carbonio, è stato la chiave dello studio Brown. Il lavoro ha comportato la miscelazione di minuscole piastrine di ossido di grafene con polvere di una ceramica chiamata LATP.
La miscela è stata riscaldata, formando un composito ceramico-grafene. I successivi test meccanici del composito hanno comportato un aumento della resistenza superiore di due volte rispetto alla sola ceramica. Secondo Athanasiou, "Quello che sta accadendo è che quando la crepa inizia in un materiale, le piastrine in grafene tengono essenzialmente insieme le superfici rotte in modo che sia necessaria più energia per far funzionare la crepa.
" Il successo dell'esperimento dipendeva dalla determinazione della giusta quantità di grafene da impiegare e si rivelò un delicato equilibrio. Troppo poco grafene non conferirà alla ceramica una resistenza sufficiente. Troppo indurrebbe la ceramica a comportarsi come un direttore, rendendola inutile.
Secondo il professore di ingegneria Brown Nitin Padture, uno degli autori dello studio, "Vuoi che l'elettrolita conduca ioni, non elettricità." Padture continua dicendo che "Il grafene è un buon conduttore elettrico, quindi la gente può pensare che ci stiamo sparando al piede mettendo un conduttore nel nostro elettrolita. Ma se manteniamo la concentrazione abbastanza bassa, possiamo impedire al grafene di condurre e ottenere comunque il vantaggio strutturale.
” Come descritto da Brian Sheldon, anche un professore di ingegneria Brown e il principale referente per il lavoro, "Per quanto ne sappiamo, questo è l'elettrolita solido più duro che qualcuno abbia mai fatto fino ad oggi." Sheldon commenta inoltre che "Penso che ciò che abbiamo mostrato sia che ci sono molte promesse nell'uso di questi composti nelle applicazioni per batterie". Uno degli sforzi significativi nell'ingegneria elettrica oggi è lo sviluppo di componenti e dispositivi che consumano meno energia.
Una delle ragioni principali è che le batterie sono limitate nella quantità di energia che possono immagazzinare e nella sicurezza con cui possono farlo. Inoltre, non c'è nulla che stia frenando il diffuso adattamento dei veicoli elettrici tanto quanto l'inadeguatezza dei LiB di oggi. La perfezione dei LiB a elettrolita solido è sempre più vista come il prossimo passo necessario sulla strada verso un futuro completamente elettrico.
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