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La sinterizzazione fredda risolve la sfida della batteria
Un metodo a bassa temperatura per creare batterie a stato solido più sicure e ad alte prestazioni, trasformando potenzialmente l'accumulo di energia in tutto, dagli smartphone ai veicoli elettrici.
In un promettente salto per lo stoccaggio di energia di prossima generazione, i ricercatori di Penn State stanno avanzando la tecnologia delle batterie a stato solido che potrebbe sostituire le tradizionali batterie agli ioni di litio presenti in telefoni, laptop e veicoli elettrici.
Il team, guidato da Hongtao Sun, assistente professore di ingegneria industriale e manifatturiera, si sta concentrando su elettroliti a stato solido (SSE), che sostituiscono gli elettroliti liquidi infiammabili nelle batterie convenzionali.Le SSE offrono stabilità e sicurezza termiche superiori, ma storicamente sono stati difficili da produrre a causa delle alte temperature di lavorazione e della scarsa conducibilità.
Per risolvere questo problema, il team di Sun ha impiegato una tecnica nota come sinterizzazione fredda, un processo a bassa temperatura che comprime le polveri di ceramica in forme dense usando pressione e una piccola quantità di solvente.Questo metodo ha permesso ai ricercatori di creare un nuovo SSE composito-polimero in ceramica chiamato LATP-PILG, combinando l'alta conduttività di un gel liquido poli-ionico (PILG) con la stabilità di LATP ceramica."La sinterizzazione tradizionale richiede temperature vicino a 1.000 ° C", ha spiegato Sun, "ma la sinterizzazione fredda ci consente di mantenere a circa 150 ° C. È abbastanza basso da preservare i componenti polimerici mentre densitura della ceramica".
Una grande innovazione sta nel modo in cui il team ha affrontato i problemi di trasporto di ioni.Normalmente, i confini del grano nei materiali ceramici impediscono la conduttività.Ma integrando Pilg nei confini del grano, hanno creato percorsi ingegnerizzati che migliorano il movimento ionico e riducono la perdita di energia.L'SSE composito risultante non solo vanta conducibilità ad alta temperatura ambiente, ma supporta anche una finestra di tensione più ampia (da 0 a 5,5 volt), rispetto agli elettroliti da 0 a 4 volt tipici di elettroliti liquidi.Ciò significa che le batterie possono utilizzare catodi ad alta tensione e fornire più energia.
Guardando al futuro, Sun prevede ampie applicazioni per la sinterizzazione fredda oltre le batterie, nella produzione di semiconduttori e nella lavorazione della ceramica generale."Il nostro prossimo passo è lo sviluppo di un modello di produzione sostenibile e scalabile", ha affermato."È qui che sta il futuro di questa tecnologia."