U 21 d'aostu, u prufessore MA Cheng di l'Università di Scienza è Tecnulugia di Cina (USTC) è i so collaboratori anu prupostu una strategia efficace per risolve u prublema di cuntattu elettrodu-elettrolitu chì limita u sviluppu di batterie Li à statu solidu di prossima generazione. L'elettrodu cumpostu solidu-solidu creatu in questu modu hà dimustratu capacità è prestazioni di velocità eccezziunali.
Rimpiazzà l'elettrolitu liquidu organicu in e batterie Li-ion cunvinziunali cù elettroliti solidi pò alleviare assai i prublemi di sicurezza, è potenzialmente rompe u "tettu di vetru" per u miglioramentu di a densità energetica. Tuttavia, i materiali di l'elettrodi principali sò ancu solidi. Siccomu u cuntattu trà dui solidi hè guasi impussibile d'esse cusì intimu cum'è quellu trà solidu è liquidu, attualmente e batterie basate nantu à elettroliti solidi mostranu tipicamente un cuntattu elettrodu-elettrolitu scarsu è prestazioni insoddisfacenti di e cellule cumplete.
«U prublema di cuntattu elettrodu-elettrolitu di e batterie à statu solidu hè un pocu cum'è a canna più corta di una botte di legnu», hà dettu u prufessore MA Cheng di l'USTC, l'autore principale di u studiu. «In realtà, in questi anni i circadori anu digià sviluppatu parechji elettrodi eccellenti è elettroliti solidi, ma u cattivu cuntattu trà elli limita sempre l'efficienza di u trasportu di ioni di litiu».
Per furtuna, a strategia di MA pò superà sta sfida formidabile. U studiu hà cuminciatu cù l'esame atomu per atomu di una fase d'impurità in un prototipu, un elettrolitu solidu strutturatu in perovskite. Ancu s'è a struttura cristallina differisce assai trà l'impurità è l'elettrolitu solidu, hè statu osservatu chì formanu interfacce epitassiali. Dopu una seria d'analisi strutturali è chimiche dettagliate, i circadori anu scupertu chì a fase d'impurità hè isostrutturale cù l'elettrodi stratificati ricchi di Li d'alta capacità. Vale à dì, un prototipu d'elettrolitu solidu pò cristallizà nantu à u "mudellu" furmatu da a struttura atomica di un elettrodu d'alte prestazioni, risultendu in interfacce atomicamente intime.
«Questa hè veramente una surpresa», hà dettu u primu autore LI Fuzhen, chì hè attualmente un studiente laureatu di USTC. «A presenza d'impurità in u materiale hè in realtà un fenomenu assai cumunu, cusì cumunu chì a maiò parte di u tempu seranu ignorati. Tuttavia, dopu avè li osservati attentamente, avemu scupertu questu cumpurtamentu epitassiale inaspettatu, è hà inspiratu direttamente a nostra strategia per migliurà u cuntattu solidu-solidu».
In paragone cù l'approcciu di pressatura à fretu cumunamente aduttatu, a strategia pruposta da i circadori pò realizà un cuntattu cumpletu è senza interruzioni trà elettroliti solidi è elettrodi à scala atomica, cum'è riflessu in l'immagine di microscopia elettronica à risoluzione atomica. (Furnita da a squadra di MA.)
Prufittendu di u fenomenu osservatu, i circadori anu cristallizatu intenzionalmente a polvere amorfa cù a stessa cumpusizione di l'elettrolitu solidu strutturatu in perovskite nantu à a superficia di un cumpostu stratificatu riccu di Li, è anu realizatu cù successu un cuntattu cumpletu è senza interruzioni trà questi dui materiali solidi in un elettrodu cumpostu. Cù u prublema di cuntattu elettrodu-elettrolitu affrontatu, un tale elettrodu cumpostu solidu-solidu hà furnitu una capacità di velocità ancu paragunabile à quella di un elettrodu cumpostu solidu-liquidu. Ancu più impurtante, i circadori anu ancu scupertu chì questu tipu di cuntattu epitassiale solidu-solidu pò tollerà grandi discrepanze di reticolo, è dunque a strategia ch'elli anu prupostu puderia ancu esse applicabile à parechji altri elettroliti solidi di perovskite è elettrodi stratificati.
«Stu travagliu hà indicatu una direzzione chì vale a pena di seguità», hà dettu MA. «L'applicazione di u principiu suscitatu quì à altri materiali impurtanti puderia purtà à prestazioni cellulari ancu megliu è à una scienza più interessante. L'aspettemu cun impazienza».
I circadori anu l'intenzione di cuntinuà a so esplorazione in questa direzzione, è applicà a strategia pruposta à altri catodi di alta capacità è altu putenziale.
U studiu hè statu publicatu annantu à Matter, una rivista emblematica di Cell Press, intitulata "Atomically Intimate Contact between Solid Electrolytes and Electrodes for Li Batteries". U primu autore hè LI Fuzhen, un studiente laureatu di USTC. I collaboratori di u prufessore MA Cheng includenu u prufessore NAN Ce-Wen di l'Università Tsinghua è u duttore ZHOU Lin di u Laboratoriu Ames.
(Scola di Chimica è Scienze di i Materiali)
Ligamentu di u documentu: https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(19)30029-3
Data di publicazione: 03 di ghjugnu 2019