Gli scienziati dell’Istituto di Tecnologia e Ingegneria dei Materiali di Ningbo hanno sviluppato una nuova sottile membrana di elettrolita Li6PS5Cl e condotto ricerche sulle sue proprietà elettrochimiche nelle batterie al litio a stato solido. Questa importante scoperta nel campo è stata pubblicata sulla rivista Energy Material Advances.
Una delle sfide che i ricercatori affrontano è la creazione di strati molto sottili di elettrolita solido a base di solfuro. Anche se l’elettrolita a base di solfuro è relativamente facile da compattare tramite pressatura a freddo, le membrane di solito hanno uno spessore superiore a 500 μm. Lo spesso e pesante strato di elettrolita porta a una densità energetica inferiore rispetto a quella desiderata.
Il Professore Xiayin Yao dell’Istituto di Tecnologia e Ingegneria dei Materiali di Ningbo ha spiegato che la natura fragile dell’elettrolita a base di solfuro è anche un problema, poiché spesso provoca crepe durante i cicli di carica e scarica della batteria. Ciò comporta una ridotta durata della batteria e il potenziale di cortocircuiti.
Per affrontare queste sfide, gli scienziati hanno impiegato una tecnica di rivestimento umido per ottenere sottili membrane di elettrolita Li6PS5Cl. L’uso di polimeri leganti con gli elettroliti a stato solido a base di solfuro si è rivelato una soluzione promettente in quanto consente la creazione di strati di elettrolita meccanicamente solidi.
Tuttavia, trovare solventi e polimeri leganti adatti che siano chimicamente stabili a contatto con l’elettrolita a base di solfuro è cruciale. I ricercatori considerano la compatibilità degli elettroliti a base di solfuro e dei solventi, nonché la loro capacità di accomodare i cambiamenti volumetrici durante i cicli della batteria.
Gli studi hanno rivelato che l’applicazione della nuova tecnica di rivestimento ha portato alla creazione di membrane di elettrolita Li6PS5Cl autoportanti con una conduttività ionica eccezionalmente alta (1,23 mS cm−1) a temperatura ambiente. I test della batteria hanno dimostrato che tali sottili membrane di elettrolita possono essere utilizzate nelle batterie al litio a stato solido, in grado di resistere a 1000 cicli a 0,2 C e a una temperatura di 60°C.
La nuova tecnica per il rivestimento delle membrane di elettrolita Li6PS5Cl apre nuove possibilità per la produzione di elettroliti ultra sottili per le batterie al litio a stato solido. Per sviluppare ulteriormente ed migliorare questa tecnologia, la ricerca è finanziata dal Programma Nazionale Chiave di Ricerca e Sviluppo in Cina, così come da altre iniziative scientifiche a livello nazionale e regionale.
