La scoperta delle batterie allo stato solido stabilisce un record: gli ioni di litio si muovono il 30% più velocemente

Le batterie allo stato solido promettono da tempo un futuro più sicuro e veloce. Ora, una scoperta tedesca potrebbe finalmente farle entrare nella corsia di sorpasso.

Gli scienziati dell’Università Tecnica di Monaco e della TUMint.Energy Research hanno sviluppato un materiale per batterie allo stato solido  con prestazioni record, che conduce gli ioni di litio oltre il 30% più velocemente di qualsiasi altra alternativa conosciuta.

Per raggiungere il record di conduttività, il team ha creato un nuovo materiale composto da litio, antimonio e scandio.

Sostituendo parzialmente gli atomi di litio in un composto di antimoniuro di litio con lo scandio, il team guidato dal Prof. Thomas F. Fässler della cattedra di Chimica Inorganica con particolare attenzione ai nuovi materiali ha introdotto minuscole lacune – o spazi vuoti – nel reticolo cristallino del materiale conduttore.

Lo studio è stato pubblicato in Advanced Energy Materials.

Il professor Thomas Fassler

I vuoti potenziano il flusso di ioni

Questi spazi vuoti ingegnerizzati consentono agli ioni di litio di viaggiare più liberamente attraverso la struttura, aumentando la mobilità degli ioni rispetto ai materiali precedentemente conosciuti
Questa scoperta stabilisce un nuovo record mondiale per la conduttività degli ioni di litio nei materiali allo stato solido, un parametro critico per consentire una ricarica più rapida e un immagazzinamento di energia più efficiente.

Dato che i risultati hanno superato i parametri di riferimento conosciuti, il team si è rivolto ai colleghi della cattedra di elettrochimica tecnica del TUM, guidata dal Prof. Hubert Gasteiger, per convalidare in modo indipendente i risultati.
“Poiché il materiale conduce anche l’elettricità, ha rappresentato una sfida speciale e abbiamo dovuto adattare i nostri metodi di misurazione di conseguenza”, ha dichiarato in un comunicato Tobias Kutsch, coautore dello studio e responsabile dei test di validazione.

Un modello per i materiali del futuro

L’eccezionale mobilità ionica del materiale potrebbe svolgere un ruolo fondamentale nel progresso dei futuri sistemi di stoccaggio dell’energia, rendendo le batterie più veloci, sicure ed efficienti.

Il team ritiene che questa scoperta possa segnare una svolta nella ricerca sulle batterie allo stato solido.

Struttura cristallografica del nuovo materiale

“Incorporando piccole quantità di scandio, abbiamo scoperto un nuovo principio che potrebbe rivelarsi un modello per altre combinazioni di elementi. Sebbene siano ancora necessari molti test prima che il materiale possa essere utilizzato nelle celle delle batterie, siamo ottimisti”, ha dichiarato Fässler.

“I materiali che conducono sia ioni che elettroni sono particolarmente adatti come additivi negli elettrodi. A causa delle promettenti applicazioni pratiche, abbiamo già depositato un brevetto per il nostro sviluppo”.
Oltre alla sua conducibilità da record, il materiale è termicamente stabile e può essere sintetizzato con processi chimici consolidati. La stabilità termica è molto importante in un materiale utilizzato nelle batterie. 

La ricerca ha anche permesso agli scienziati di scoprire una nuova classe di sostanze che potrebbero migliorare la conduttività degli ioni in una gamma più ampia di materiali a base di litio, utilizzando combinazioni di elementi più semplici.

“La nostra combinazione consiste in litio-antimonio, ma lo stesso concetto può essere facilmente applicato ai sistemi litio-fosforo. Mentre il precedente detentore del record si basava su litio-solfuro e richiedeva cinque elementi aggiuntivi per l’ottimizzazione, a noi basta lo scandio come componente aggiuntivo”, ha dichiarato Jingwen Jiang, scienziato del TUMint.Energy Research e autore principale dello studio.

“Crediamo che la nostra scoperta possa avere implicazioni più ampie per migliorare la conduttività in un’ampia gamma di altri materiali”.

Le Batterie allo Stato solido possono non essere viste come la soluzione definitiva al problema della carica elettrica, ma sicuramente rappresenterebbero un passo avanti, soprattutto a livello di sicurezza , anche psicologica, dei proprietari delle auto EV.