Batterie con elettroliti solidi: un nuovo processo
Il Korea Electrotechnology Research Institute (KERI) ha raggiunto un importante traguardo con la pubblicazione di uno studio innovativo per la commercializzazione di batterie completamente allo stato solido. Prive dei rischi intrinseci di esplosione e incendio.
Il dottor Park Jun-woo del KERI Next-Generation Battery Research Center e Sung Junghwan, ricercatore presso il Campus KERI, hanno messo a punto con successo una tecnologia incentrata sulla “sintesi chimica per via umida a dimensione controllata di elettroliti allo stato solido (conduttori superionici di solfuro)“. Non solo si riducono i tempi e i costi di lavorazione di oltre il cinquanta per cento, ma raddoppia anche la qualità dei risultati.
Le batterie che utilizzano elettroliti allo stato solido al posto delle controparti liquide per il trasferimento degli ioni tra il catodo (+) e l’anodo (-) riducono in modo significativo il rischio di incendio o esplosione. Tuttavia, per essere integrati nelle batterie, in particolare nel catodo, gli elettroliti allo stato solido devono essere minuscoli. Si intende una misura di pochi micrometri, circa un centesimo dello spessore di un capello umano.
KERI è all’avanguardia in questa tecnologia in grado di produrre in serie questi elettroliti allo stato solido di dimensioni ridotte con una maggiore conducibilità ionica attraverso un processo semplificato. Contrariamente alle pratiche esistenti, in cui gli elettroliti allo stato solido sono spesso di grandi dimensioni e richiedono processi aggiuntivi come la macinazione meccanica, l’approccio di KERI riduce sia i tempi che i costi associati a tali processi. Inoltre, questo approccio elimina il degrado delle prestazioni degli elettroliti a stato solido indotto dalla macinazione, un ostacolo significativo alla loro commercializzazione.
Il team del Dr. Park ha utilizzato materie prime microscopiche, come il solfuro di litio. Ed ha controllato meticolosamente il tasso di nucleazione di ciascun materiale durante le reazioni chimiche, ottenendo prodotti sostanzialmente ridimensionati. Questo approccio innovativo consente di produrre elettroliti fini allo stato solido utilizzando una tecnica di sintesi umida semplice, priva di processi intricati.
Il controllo della composizione chimica ha permesso di ottenere una notevole conducibilità ionica. Più che raddoppiata rispetto a quella ottenuta con gli attuali metodi di produzione di elettroliti allo stato solido. (sintesi a secco e macinazione a sfere ad alta energia) (da 2 mS/cm a 4,98 mS/cm).
Un’innovazione del team di ricerca del KERI che ha trovato la combinazione ideale dopo anni di esperimenti con innumerevoli materiali e molteplici cicli di analisi.
I risultati sono stati pubblicati nell’edizione di marzo di Energy Storage Materials, rivista internazionale preminente nel campo della ricerca sull’energia.
“Size-controlled wet-chemical synthesis of sulfide superionic conductors for high-performance all-solid-state batteries”. (https://doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103253).
“Selezionando i materiali giusti e controllando in modo affidabile le reazioni chimiche, siamo stati in grado di evitare i processi complessi e costosi tipicamente utilizzati per la raffinazione degli elettroliti allo stato solido, optando per un ‘processo semplice’. Nonostante la sua semplicità, gli elettroliti allo stato solido che ne derivano presentano una qualità significativamente migliorata. Soddisfano così i requisiti di efficienza e accessibilità commerciale per la produzione e la commercializzazione di massa”. Queste le dichiarazioni del dottor Park del KERI.
KERI ha presentato numerose domande di brevetto per questo risultato innovativo, prevedendo un notevole interesse da parte dell’industria delle batterie allo stato solido. L’istituto prevede di stipulare accordi di trasferimento tecnologico con le aziende che ne manifesteranno interesse. Inoltre, KERI intende sinergizzare questo risultato con uno sviluppo pregresso. Una speciale tecnica di sintesi a umido progettata per produrre in massa elettroliti allo stato solido a un decimo del costo delle materie prime, utilizzando uno speciale additivo brevettato. Questa strategia consentirà a KERI di essere all’avanguardia nella produzione di massa a basso costo di elettroliti allo stato solido di alta qualità.
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