Scoperto meccanismo di degradazione delle batterie a stato solido

Roma – Un tema di ricercatori a guida coreana ha individuato le cause dei meccanismi di degradazione delle batterie allo stato solido. Spesso definite le “batterie dei sogni”, le batterie allo stato solido rappresentano la prossima generazione di batterie che molti produttori di batterie sperano di portare sul mercato. A differenza delle batterie agli ioni di litio, che utilizzano un elettrolita liquido, tutti i componenti, inclusi elettrolita, anodo e catodo, sono solidi, riducendo il rischio di esplosione e sono molto richiesti in mercati che vanno dalle automobili ai sistemi di accumulo di energia (ESS) . Tuttavia, i dispositivi che mantengono l’alta pressione necessaria per il funzionamento stabile delle batterie allo stato solido presentano problemi che riducono le prestazioni della batteria, come la densità di energia e la capacità, e devono essere risolti prima della commercializzazione. Il dottor Hun-Gi Jung e il suo team presso il Centro di ricerca sull’immagazzinamento dell’energia presso il Korea Institute of Science and Technology (KIST), in uno studio pubblicato su “Advanced Energy Materials” hanno identificato i fattori che causano un rapido degrado della capacità e durata di vita delle batterie allo stato solido a pressioni simili a quelli delle batterie agli ioni di litio. A differenza di studi precedenti, i ricercatori hanno confermato per la prima volta che il degrado può verificarsi sia all’interno del catodo che all’esterno, dimostrando che in futuro le batterie allo stato solido potranno funzionare in modo affidabile anche in ambienti a bassa pressione. Nelle batterie completamente allo stato solido, il catodo e l’anodo subiscono una variazione di volume dopo vari cicli di carico e scarico, con conseguente degrado interfacciale come reazione laterale e perdita di contatto tra materiali attivi ed elettroliti solidi, che aumentano la resistenza interfacciale e peggiorano le prestazioni della cella. Per risolvere questo problema si utilizzano dispositivi esterni per mantenere alta la pressione, ma questo ha lo svantaggio di ridurre la densità energetica all’aumentare del peso e del volume della batteria. Il team di ricerca ha analizzato la causa del degrado delle prestazioni utilizzando ripetutamente una batteria a stato solido a forma di moneta con un elettrolita solido a base di solfuro in un ambiente a bassa pressione- Dopo 50 cicli di carica-scarica, lo strato catodico si era espanso in volume di circa due volte e l’analisi dell’immagine in sezione trasversale ha confermato che si erano sviluppate gravi crepe tra il materiale attivo del catodo e l’elettrolita solido. Ciò ha rivelato che oltre alla perdita di contatto interfacciale, la rottura del materiale del catodo e la trasformazione irreversibile della fase catodica sono le cause del degrado nel funzionamento a bassa pressione. (30science.com)