Le nostre vite oggi sono governate dall'elettronica in tutte le forme e forme. L'elettronica, a sua volta, è governata dalle loro batterie. Tuttavia, le tradizionali batterie agli ioni di litio (LIB), ampiamente utilizzate nei dispositivi elettronici, stanno cadendo in disgrazia perché i ricercatori stanno iniziando a vedere le batterie al litio metallico (LMB) come un'alternativa superiore a causa della loro densità di energia notevolmente elevata che supera LIB per un ordine di grandezza. La differenza fondamentale risiede nella scelta del materiale dell'anodo: i LIB utilizzano la grafite, mentre gli LMB utilizzano il metallo di litio.
Tale scelta, tuttavia, comporta le sue sfide. Tra i più importanti c'è la formazione di strutture aghiformi sulla superficie dell'anodo di litio durante il ciclo chiamate "dendriti" che tendono a perforare la barriera tra anodo e catodo, causando cortocircuiti e, di conseguenza, problemi di sicurezza. “La formazione dei dendriti di litio dipende fortemente dalla natura superficiale degli anodi di litio. Una strategia cruciale per gli LMB, quindi, è quella di costruire un’efficiente interfaccia elettrolita solido (SEI) sulla superficie del litio», spiega il prof. Yong Min Lee del Daegu Gyeongbuk Institute of Science e Tecnologia (DGIST), Corea, specializzato nella progettazione di batterie.
Di conseguenza, i ricercatori hanno esplorato una varietà di strategie, dall'ingegneria dell'interfaccia 2D all'architettura dell'anodo di litio 3D. In ogni caso, la risoluzione di un problema ha semplicemente lasciato il posto a un altro. Tuttavia, un nuovo approccio basato su elettrodi compositi a polvere di litio metallico (LMP) promette di distinguersi. Il fascino di LMP risiede nella loro forma sferica, che si traduce in un'area superficiale più elevata e nella facilità di regolazione dello spessore, consentendo elettrodi più larghi e più sottili. Tuttavia, esistono ancora problemi con l'uso di LMP, come il fallimento morfologico causato dalla natura intrinseca della loro superficie irregolare.
Ora, in un nuovo studio pubblicato su Materiali energetici avanzati, il Dr. Lee, insieme ai ricercatori coreani, ha adottato un nuovo approccio in cui hanno pre-piantato LiNO3 nello stesso LMP durante il processo di fabbricazione degli elettrodi, consentendo loro di fabbricare elettrodi larghi ~ 150 mm e spessi 20 μm, che ha mostrato un'efficienza coulombiana del 96%.
L'aggiunta di LiNO3 a LMP ha ottenuto due risultati: ha indotto un SEI ricco di N uniforme sulla superficie LMP e ha portato alla sua stabilizzazione sostenuta su cicli prolungati come LiNO3 è stato costantemente rilasciato nell'elettrolita. Infatti, LMB con LiNO3 LMP pre-piantato (LN-LMP) ha dimostrato un'eccezionale prestazione ciclistica, con una ritenzione della capacità dell'87% su 450 cicli, superando anche le celle con LiNO3-elettroliti aggiunti.
Il prof. Lee è entusiasta di questi risultati e parla delle loro ramificazioni pratiche. "Ci aspettiamo che gli additivi stabilizzati al litio pre-impianto nell'elettrodo LMP costituiscano un trampolino di lancio verso la commercializzazione di batterie Li-metal, Li-S e Li-air su larga scala con un'elevata energia specifica e una lunga durata del ciclo", lui dice.
Per quanto riguarda le batterie, sembra che litio non passerà di moda a breve.