Due strade promettenti nello sviluppo del prossimo accumulo di energia coinvolgono l'uso di litio metallico ad alta densità e un elettrolita solido, e un nuovo studio riunisce questi rami della ricerca sulle batterie in una nuova entusiasmante svolta. Gli scienziati negli Stati Uniti hanno dimostrato come i problemi di stabilità associati a queste architetture potrebbero essere risolti con l'aiuto di impulsi elettrochimici, aprendo la strada a veicoli elettrici e smartphone che funzionano molto più a lungo ad ogni carica.
Parte di questo campo di ricerca si concentra sugli anodi, che agiscono come uno dei due elettrodi del dispositivo e aiutano a facilitare il trasporto di ioni di litio attraverso un elettrolita liquido. Gli anodi di oggi sono costituiti da un mix di grafite e rame, ma il litio metallico puro è un'alternativa allettante in quanto offre la più alta densità di energia tra i materiali solidi. L'integrazione del litio metallico nelle batterie si è dimostrata finora difficile, tuttavia, con gli scienziati che si imbattono in vari problemi di sicurezza che li portano rapidamente a essere annullati.
C'è una linea di pensiero che l'uso di un elettrolita solido al posto di uno liquido porterebbe a una batteria più adatta per l'uso con litio metallico. E questa unione di materiali è al centro del nuovo lavoro degli scienziati dell'Oak Ridge National Laboratory (ORNL), che credono di aver escogitato un modo per unirli insieme in un modo stabile e duraturo che non comprometta le prestazioni.
Fondere i materiali insieme nelle batterie a stato solido è in genere un compito difficile, poiché i cicli di carica e scarica in corso portano all'instabilità delle articolazioni e causano la formazione di vuoti, qualcosa noto come impedenza di contatto. L'applicazione della pressione è un modo in cui questo problema potrebbe essere risolto, ma è una tecnica che dovrebbe essere utilizzata periodicamente mentre la batteria viene azionata e può anche causarne cortocircuito.
Gli scienziati dell'ORNL hanno scoperto che potrebbero eliminare questi vuoti applicando un breve impulso elettrochimico ad alta tensione quando l'anodo di litio metallico è unito a un elettrolita solido. Questi impulsi vedono una corrente circondare i vuoti che li fa dissipare, con conseguente contatto più diffuso all'interfaccia dei materiali.
Gli scienziati immaginano che questa tecnologia un giorno offra un modo praticabile per gestire le batterie allo stato solido e al litio-metallo durante il funzionamento. Dicono che questo tipo di sistema potrebbe offrire il doppio della densità di energia delle soluzioni odierne in un pacchetto molto più piccolo, il che significherebbe che i veicoli elettrici possono viaggiare molto più lontano per carica o smartphone che funzionano per giorni alla volta.
"Questo metodo consentirà un'architettura a stato solido senza applicare una forza estrinseca che può danneggiare la cella e non è pratica da implementare durante l'utilizzo della batteria", ha affermato Ilias Belharouak, co-responsabile del progetto. "Nel processo che abbiamo sviluppato, la batteria può essere prodotta normalmente e quindi è possibile applicare un impulso per ringiovanire e aggiornare l'interfaccia se la batteria si affatica".
Gli scienziati stanno ora continuando a sviluppare la tecnologia, sperimentando materiali elettrolitici più avanzati e studiando come potrebbe essere scalata per l'uso in un sistema di batterie a stato solido su scala di lavoro.