Inorganic-organic hybrid polymer electrolytes for secondary lithium metal batteries

Gli elettroliti polimerici costituiscono un’importante classe di materiali a conduzione ionica, che trova applicazione essenzialmente in dispositivi di stoccaggio elettrochimici, quali batterie al litio o celle a combustibile. Nel campo delle batterie al litio, l’interesse per questi materiali deriva principalmente dalla loro non infiammabilità, che li distingue dagli elettroliti liquidi attualmente utilizzati. In aggiunta, gli elettroliti polimerici mostrano una maggiore compatibilità nei confronti del litio metallico. L’utilizzo di questo come materiale anodico permette una riduzione della massa della cella e quindi un aumento dell’energia specifica della stessa. Questo studio descrive la sintesi e la caratterizzazione di elettroliti polimerici ibridi a base polisilossanica/polieterea. La sintesi include una reazione d’idrolisi/co-condensazione tra alcossisilani funzionalizzati e la reticolazione di gruppi terminali vinilici o epossidici. La struttura, le proprietà termomeccaniche, elettrochimiche e di trasporto sono caratterizzate tramite varie tecniche analitiche. Infine, i materiali più promettenti sono testati in celle con anodi in litio metallico. Lo studio descrive, infine, un tentativo di migliorare la ciclabilità delle celle litio/polimero tramite pre-passivazione degli elettrodi in litio. I materiali sintetizzati sono caratterizzati da buona conducibilità ionica (fino a 8∙10-5 S•cm-1 a temperatura ambiente) e da buona stabilità termomeccanica ed elettrochimica. L’analisi degli spettri elettrici (BES) rivela che la mobilità ionica è massimizzata a) in assenza di interazioni inter-ioniche a corto raggio e b) in assenza di ordine nei domini polieterei. Se queste due condizioni sono soddisfatte, la migrazione ionica a lungo raggio è modulata dal moto segmentale delle catene polieteree. Test in cella a 60 °C dimostrano che questi materiali possono essere utilizzati come elettroliti polimerici in celle con anodo in litio metallico, seppur con una moderata perdita di capacità. Questa è in parte attribuita a problemi di contatto e di stabilità elettrochimica tra l’elettrolita e l’anodo. La pre-passivazione degli elettrodi in litio metallico protegge l’elettrolita dal deterioramento e permette di migliorare le prestazioni in cella.