Batteria al litio per veicoli elettrici (EV): i separatori con rivestimenti di nanoparticelle di silice migliorano la sicurezza  

Le batterie agli ioni di litio per veicoli elettrici (VE) devono affrontare problemi di sicurezza e stabilità dovuti al surriscaldamento dei separatori, ai cortocircuiti e alla ridotta efficienza. Con l'obiettivo di mitigare queste carenze, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica di polimerizzazione a innesto e hanno sviluppato innovativi separatori stratificati di nanoparticelle di silice che sono termicamente stabili e durevoli. Le batterie con questi separatori sono più sicure e hanno mostrato prestazioni migliori. Questo sviluppo può contribuire all’adozione dei veicoli elettrici verso la decarbonizzazione del settore dei trasporti.  

La batteria ricaricabile agli ioni di litio batterie (o batterie agli ioni di litio o LIB) sono diventate estremamente popolari e onnipresenti negli ultimi tre decenni. Grazie all'elevata densità di energia, alla leggerezza e alla ricaricabilità, questi sono ampiamente utilizzati nei telefoni cellulari, nei computer portatili, nei dispositivi audiovisivi, nell'accumulo di energia e nei veicoli a motore elettrico (VE) e sono diventati parte integrante della vita quotidiana. Le LIB sono ecologiche, forniscono stoccaggio di energia pulita e contribuiscono a decarbonizzazione economia.  

Tuttavia, agli ioni di litio batterie affrontare rischi per la sicurezza dei veicoli elettrici (VE) e dei sistemi di accumulo di energia, principalmente a causa del surriscaldamento dei separatori poliolefinici. I separatori impediscono il contatto diretto tra catodo e anodo, ma fondono quando la temperatura sale a 160 °C a causa del surriscaldamento. Di conseguenza, l'anodo e il catodo possono entrare in contatto diretto attraverso la formazione di dendriti di Li e quindi cortocircuiti interni, assorbimento inadeguato degli elettroliti e efficienza ridotta.  

Ci sono stati sforzi per affrontare questa lacuna. Si era pensato di applicare un rivestimento di ceramica, ma questo si è rivelato inadatto perché aumentava lo spessore dei separatori e riduceva l'adesione.  

In uno studio recente, i ricercatori dell’Università Nazionale di Incheon hanno utilizzato la tecnica di polimerizzazione ad innesto per fissare uno strato uniforme di biossido di silicio (SiO₂) nanoparticelle in separatori di polipropilene (PP). I separatori così modificati con un rivestimento di SiO₂ di 200 nm di spessore sono più resistenti al calore e sopprimono la formazione di dendriti pur mantenendo la capacità di accumulo di energia. Ciò suggerisce che il separatore a base di polipropilene (PPS) delle batterie agli ioni di litio può essere improvvisato per mitigare i cortocircuiti interni e rendere la batteria più sicura ed efficiente.  

Questo sviluppo è pertinente e promettente per le LIB nei veicoli elettrici (EV) e nei sistemi di stoccaggio dell’energia. Una volta commercializzate, le LIB improvvisate dotate di maggiore sicurezza ed efficienza potranno contribuire alla diffusione di veicoli elettrici ecologici.  

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Riferimenti:  

1. Manthiram, A. Una riflessione sulla chimica del catodo delle batterie agli ioni di litio. Nat Commun 11, 1550 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-15355-0  

2. Parco J., et al 2024. Separatori stratificati di nanoparticelle SiO2 ultrasottili mediante una strategia di multifunzionalizzazione superficiale per batterie al litio-metallo: resistenza al dendrite di litio e proprietà termiche altamente migliorate. Materiali per l'immagazzinamento dell'energia. Volume 65, febbraio 2024, 103135. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.103135  

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