Sette volte la durata di vita delle batterie allo stato solido senza anodo con film sottili di MoS₂
L'impiego di film sottili di MoS₂ a basso costo al posto dei costosi metalli nobili risolve i problemi di placcatura non uniforme del litio e di instabilità interfacciale nelle batterie allo stato solido prive di anodi
Ricercatori sudcoreani hanno sviluppato una tecnologia che migliora di sette volte la durata di vita delle batterie allo stato solido senza anodi (AFASSB) di prossima generazione, utilizzando un materiale bidimensionale economicamente vantaggioso.
Un team di collaborazione guidato dal Dr. Ki-Seok An e dal Dr. Dong-Bum Seo del Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT), insieme al gruppo del Prof. Sangbaek Park della Chungnam National University, ha migliorato con successo la durata delle AFASSB applicando uno strato sacrificale di bisolfuro di molibdeno (MoS₂) cresciuto tramite deposizione di vapore chimico metallo-organico (MOCVD) su collettori di corrente in acciaio inossidabile (SUS).
Le batterie convenzionali agli ioni di litio utilizzano elettroliti liquidi e possono soffrire della crescita di dendriti di litio durante la carica - soprattutto a causa della deposizione non uniforme di litio sulla superficie dell'anodo - che possono perforare il separatore e provocare cortocircuiti o fughe termiche. Le batterie allo stato solido (SSB), che sostituiscono gli elettroliti liquidi infiammabili con elettroliti allo stato solido (SE), offrono maggiore sicurezza, maggiore densità di energia e prestazioni stabili a basse temperature.
Facendo un ulteriore passo avanti, le AFASSB eliminano completamente l'anodo durante la fabbricazione. Al contrario, gli ioni di litio migrano dal catodo durante la carica iniziale e si depositano sul collettore di corrente, formando uno strato di litio. Questa struttura massimizza la densità energetica riducendo il volume della cella. Tuttavia, la ripetuta placcatura/stripping del litio all'interfaccia SE-collettore di corrente (CC) spesso porta a instabilità interfacciale e a una riduzione della durata del ciclo. Sebbene siano stati utilizzati rivestimenti di metalli nobili (ad esempio, Ag, In) per stabilizzare l'interfaccia, il loro costo elevato e la complessa lavorazione ne ostacolano la commercializzazione.
Per superare queste sfide, i ricercatori hanno applicato film sottili di nanosheet MoS₂ a basso costo ai CC SUS utilizzando la tecnica MOCVD. Durante il ciclo, MoS₂ subisce una reazione di conversione con il litio per formare il metallo Mo e il solfuro di litio (Li₂S), che agiscono come strato interfacciale litiofilo. Questo strato intermedio aiuta a sopprimere la crescita dendritica del litio e migliora la stabilità interfacciale.
Nei test, le batterie con CC rivestiti di MoS₂ hanno dimostrato un funzionamento stabile per oltre 300 ore, mentre le celle che utilizzavano SUS nudo andavano in cortocircuito dopo circa 95 ore, con un miglioramento di 3,2 volte. Le celle complete con strati di MoS₂ hanno anche ottenuto una capacità di scarica iniziale 1,18 volte superiore (136,1 → 161,1 mAh/g) e una conservazione della capacità sette volte migliore (8,3% → 58,9% dopo 20 cicli).
Pur essendo ancora in una fase iniziale di sviluppo, il team di ricerca prevede un'implementazione pratica entro il 2032. I ricercatori hanno sottolineato l'importanza di sostituire i metalli nobili con MoS₂ a basso costo per far progredire gli AFASSB. Il presidente del KRICT, Young-Kuk Lee, ha dichiarato: "Si tratta di una tecnologia di base di prossima generazione che potrebbe accelerare la commercializzazione di batterie allo stato solido in diverse applicazioni".
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Dong-Bum Seo, Dohun Kim, Mee-Ree Kim, Jimin Kwon, Hyeong Jun Kook, Saewon Kang, Soonmin Yim, Sun Sook Lee, Dong Ok Shin, Ki-Seok An, Sangbaek Park; "Tailoring Artificial Solid Electrolyte Interphase via MoS2 Sacrificial Thin Film for Li-Free All-Solid-State Batteries"; Nano-Micro Letters, Volume 17, 2025-4-18
Altre notizie dal dipartimento scienza
