Le batterie agli ioni di litio hanno applicazioni rilevanti nella vita di tutti i giorni, tra cui l’elettronica di consumo, lo storage di rete e il settore automobilistico. Nonostante le caratteristiche favorevoli che ne hanno consentito l’affermazione sul mercato, come l’elevata densità di energia, la stabilità e la leggerezza, il settore automobilistico in rapida crescita richiede energia e potenza specifiche ancora più elevate, maggiore sicurezza e costi inferiori.
Il litio metallico è un materiale anodico ideale per soddisfare le nuove richieste, grazie a elevata capacità specifica teorica, bassa densità e basso potenziale elettrochimico. Tuttavia, le batterie al litio metallico sono ancora lontane dalla piena implementazione industriale a causa dell’instabilità dell’interfaccia anodica, dovuta a incontrollata crescita dendritica del litio stesso durante i cicli di carica-scarica. I dendriti sono responsabili della diminuzione dell'efficienza coulombiana della cella e dell'accorciamento della sua vita operativa, perché generano cortocircuiti interni, innescando incendi o perfino esplosioni.
Per superare questi problemi, gli elettroliti liquidi attualmente impiegati possono essere sostituiti con elettroliti allo stato solido, che presentano una buona conducibilità ionica e un’adeguata stabilità elettrochimica, essendo allo stesso tempo sufficientemente resistenti da formare una barriera fisica per la crescita dendritica. Infine, essi possono migliorare la sicurezza generale, diminuendo il rischio di instabilità termica ed esplosione.
Nell’articolo “PVDF-HFP Based, Quasi-Solid Nanocomposite Electrolytes for Lithium Metal Batteries”, doi: 10.1002/smll.202311805 , pubblicato sulla rivista Small (Wiley, Impact Factor 13.3, 2022 Journal Impact Factor, Journal Citation Reports (Clarivate Analytics, 2023)), il gruppo di ricerca sui sistemi di accumulo elettrochimico dell’energia, guidato dal Prof. Riccardo Ruffo e dal Prof. Piercarlo Mustarelli , con l’importante contributo computazionale del gruppo della Prof.ssa Livia Giordano , propone un innovativo elettrolita quasi-solido, basato su polivinilidene fluoruro e un nanofiller di silice funzionalizzata. Il filler migliora le proprietà meccaniche, di trasporto ed elettrochimiche dell’elettrolita, che mostra buoni valori di conducibilità ionica e un'elevata resistenza alla penetrazione dei dendriti, garantendo un funzionamento prolungato e sicuro della batteria contenente LiFePO4 come materiale catodico.