AscoltaI ricercatori dell'Università tecnica di Monaco hanno scoperto una classe di nuovi materiali con una conducibilità elevata e superiore alla media per ottenere batterie allo stato solido ad alte prestazioni
Una batteria a stato solido è essenzialmente una tecnologia di batteria che utilizza un elettrolita solido anziché elettroliti liquidi che sono invece alla base della tecnologia agli ioni di litio.
Batterie agli ioni litio
Le batterie agli ioni di litio contengono un ossido di litio metallico, come, ad esempio, l'ossido di litio-cobalto LiCoO2. Ossidi di litio-metallo si trovano al catodo mentre all'anodo vi sono composti di litio-carbonio.
All'interno di una batteria agli ioni di litio avvengono reazioni di ossidoriduzione.
Al catodo, l'ossido di cobalto si combina con gli ioni di litio per formare un ossido litio-cobalto (LiCoO2 ).
La semireazione di riduzione che ha un potenziale di 1 V è:
CoO2 + Li+ + e– → LiCoO2
All'anodo il composto di intercalazione costituito da grafite e ioni litio avviene la semireazione di ossidazione che ha un potenziale di circa 3 V:
LiC6 → C6 + Li + + e –
La reazione redox che ha quindi un potenziale di 3+1= 4 V è:
CoO2 +LiC6 → LiCoO2 + C6
Questo tipo di batteria presenta problemi in relazione a perdite e/o corrosione agli elettrodi
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Batterie allo stato solido
Lo sviluppo di batterie allo stato solido necessarie per superare i principali problemi delle batterie contenenti elettroliti liquidi richiede l'uso di elettroliti solidi ad alta conducibilità ionica per limitare la caduta ohmica agli elettrodi
Le batterie allo stato solido sono formate da:
- un anodo costituito da carbonio, titanati, leghe di litio e litio metallico
- un catodo che può essere realizzato con ossidi a base di litio e fosfati e ossido di vanadio
- un separatore, generalmente un materiale ceramico costituito da ossidi, solfuri, fosfati o un polimero solido, che funge anche da elettrolita. I materiali utilizzati, tuttavia, sono incapaci di soddisfare completamente le aspettative a causa della lenta diffusione degli ioni litio attraverso materiali solidi
La scoperta
Secondo gli studi il materiale con un alto livello di conduttività per le batterie allo stato solido è costituito da fosforo, alluminio e una percentuale relativamente elevata di litio. In breve tempo si sono ottenuti svariati nuovi composti correlati, che contengono, ad esempio, fosforo, silicio o stagno anziché alluminio.
Studi effettuati con sofisticate apparecchiature a diffrazione neutronica hanno consentito di comprendere il motivo dell'elevata conduttività dei nuovi materiali per batterie allo stato solido. Visualizzando come gli ioni usano lo spazio libero nel reticolo cristallino per muoversi si è scoperto che nella nuova classe di sostanze questi spazi liberi sono disposti in modo tale che gli ioni possano muoversi ugualmente bene in tutte le direzioni.
