Solido

Le batterie allo stato solido al litio-zolfo offrono il potenziale per densità di energia molto più elevate e maggiore sicurezza, rispetto alle tradizionali batterie agli ioni di litio.

Tuttavia, le prestazioni delle batterie allo stato solido sono attualmente carenti, e la lentezza di carica e scarica è una delle cause principali. Ora, un nuovo studio dell'Helmholtz Zentrum Berlin (HZB) mostra che la causa di questo lento caricamento e scaricamento è il lento trasporto degli ioni di litio all'interno di un catodo composito, affermano i ricercatori in un comunicato stampa.

Gli scienziati hanno progettato una cella speciale per osservare il trasporto degli ioni di litio tra l'anodo e il catodo in una batteria litio-zolfo allo stato solido. Poiché il litio difficilmente può essere rilevato con i metodi a raggi X, i fisici dell'HZB Dr. Robert Bradbury e Dr. Ingo Manke hanno esaminato la cella campione con neutroni, che sono estremamente sensibili al litio.

"Ora abbiamo un'idea molto migliore di cosa limita le prestazioni della batteria", afferma Bradbury: "Dai dati della radiografia con neutroni operando vediamo che esiste un fronte di reazione degli ioni di litio che si propaga attraverso il catodo composito confermando l'influenza negativa di un conduttività." Inoltre, le immagini della tomografia a neutroni 3D mostrano il litio intrappolato concentrato vicino al collettore di corrente durante la ricarica. "Ciò si traduce in una capacità ridotta perché solo una parte del litio viene trasportata indietro quando la batteria viene caricata", continua Bradbury.

La distribuzione del litio osservata si adattava perfettamente a un modello basato sulla teoria degli elettrodi porosi: "Ciò che osserviamo qui nei dati di imaging dei neutroni si correla bene con le condizioni di conduttività elettronica e ionica rilevanti del modello", afferma Bradbury.

Questi risultati svelano un collo di bottiglia nello sviluppo delle batterie a stato solido precedentemente trascurato, dimostrando che esistono limitazioni nei compositi catodici a causa del lento trasporto ionico. La sfida ora è consentire un rilascio di ioni più rapido all’interno del composito catodico. "Senza la visualizzazione diretta del fronte di reazione all'interno del composito catodico, questo effetto sarebbe potuto passare inosservato, nonostante la sua importanza per lo sviluppo delle batterie a stato solido", afferma Bradbury.

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