Il team dell’Argonne National Laboratory che si occupa dei materiali per le batterie allo stato solido ha preso una deviazione inaspettata per indagare sui piccoli cortocircuiti noti come soft-short. Le loro scoperte saranno utili per i ricercatori di batterie in tutto il mondo.
I ricercatori del Dipartimento dell’Energia dell’Argonne National Laboratory hanno gettato nuova luce sui segni precoci dei danni alle batterie. Il loro studio, pubblicato sulla rivista Joule, si focalizza su una condizione nota come cortocircuito ‘soft-short’, fornendo conoscenze preziose e metodi di progettazione per batterie per veicoli elettrici (EV) migliori.
La ricerca del team dell’Argonne si è concentrata sulle batterie allo stato solido con anodi (elettrodi negativi) composti da litio metallico. Molti considerano questi dispositivi la “santa grazia” della tecnologia delle batterie. Perché? Perché il litio metallico può immagazzinare una grande quantità di energia in uno spazio ridotto. Ciò significa che può consentire un’autonomia di guida notevolmente maggiore per i veicoli elettrici rispetto alle tradizionali batterie al litio con anodo di grafite.
Tuttavia, il litio metallico presenta sfide operative poiché può reagire intensamente con gli elettroliti liquidi delle batterie tradizionali. Gli elettroliti sono materiali che trasportano particelle cariche, note come ioni, tra due elettrodi della batteria, convertendo l’energia immagazzinata in energia elettrica.
In una batteria che funziona correttamente, gli ioni fluiscono dall’anodo attraverso l’elettrolita fino al catodo (elettrodo positivo). Allo stesso tempo, gli elettroni fluiscono dall’anodo a un dispositivo esterno, come un telefono o un motore EV, per poi tornare al catodo. Il flusso di elettroni alimenta il dispositivo. Durante la ricarica, questi flussi si invertirebbero.
L’uso del litio metallico può interrompere questo processo. Durante la ricarica, si possono formare filamenti di litio dall’anodo che penetrano nell’elettrolita. Se queste crescite diventano abbastanza grandi e si estendono fino al catodo, creano un “percorso” costante tra gli elettrodi. Alla fine, tutti gli elettroni della batteria fluiscono attraverso questo percorso da un elettrodo all’altro, senza lasciare la batteria per alimentare il dispositivo. Questo processo interrompe anche il flusso di ioni tra gli elettrodi.
“Questo viene chiamato cortocircuito interno”, ha detto Michael Counihan, uno scienziato dell’Argonne e il leader del team di ricerca. “La batteria viene danneggiata e gli elettroni non alimentano più il tuo dispositivo.”
L’integrazione di anodi di litio metallico nelle batterie allo stato solido, costituite da elettroliti solidi e liquidi, potrebbe ridurre potenziali problemi legati ai filamenti, preservando allo stesso tempo i vantaggi dell’utilizzo del litio.
Domande frequenti – Batterie allo stato solido e cortocircuiti Soft-Short
1. Cosa sono le batterie allo stato solido?
Le batterie allo stato solido sono una tecnologia di batterie in cui gli anodi (elettrodi negativi) sono composti da litio metallico. Il litio metallico ha una capacità energetica elevata, consentendo di ottenere una maggiore autonomia di guida per i veicoli elettrici.
2. Cos’è un cortocircuito soft-short?
Un cortocircuito soft-short è una condizione in cui i filamenti di litio dall’anodo penetrano nell’elettrolita della batteria. Se questi filamenti si estendono e formano un “percorso” continuo tra gli elettrodi, interrompono il flusso di ioni ed elettroni, causando danni alla batteria e perdita di energia del dispositivo.
3. Qual è l’impatto della ricerca del team dell’Argonne sullo sviluppo delle batterie?
La ricerca del team dell’Argonne fornisce conoscenze e metodi di progettazione per migliorare le batterie allo stato solido, riducendo al minimo i problemi legati ai cortocircuiti soft-short. Questo potrebbe accelerare lo sviluppo della tecnologia delle batterie per i veicoli elettrici.
4. Quali sono i vantaggi e le sfide dell’uso del litio metallico nelle batterie allo stato solido?
Il litio metallico ha una capacità energetica elevata, consentendo di ottenere una maggiore autonomia di guida per i veicoli elettrici. Tuttavia, reagisce con gli elettroliti liquidi, il che può portare alla presenza di cortocircuiti soft-short e danni alla batteria.
5. Cosa sono gli elettroliti nelle batterie?
Gli elettroliti sono materiali che trasportano particelle cariche, chiamate ioni, tra due elettrodi della batteria, convertendo l’energia immagazzinata in energia elettrica.
Link correlati:
1. Argonne National Laboratory
2. Dipartimento dell’Energia
3. Rivista Joule
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