Il microscopio elettronico a scansione ha portato alla luce alcuni aspetti ancora nascosti delle dinamiche a livello dell’interfaccia litio-elettrolita solido, aprendo le porte a nuovi miglioramenti nelle prestazioni delle batterie a stato solido.
È successo negli Stati Uniti e più precisamente in Texas, dove i ricercatori della Rice University, della Brown University e dell’Università di Houston hanno unito le forze in una nuova ricerca. L’obiettivo dello studio? Riuscire a visualizzare l’evoluzione dell’interfaccia litio-elettrolita solido, punto strutturale cruciale per il buon funzionamento delle batterie, la cui dinamica è rimasta per lungo tempo sconosciuta.
Il trasporto di litio all’interfaccia può essere modificato dalle interazioni chimiche tra l’anodo metallico e l’interfase elettrolitica solida (SEI), uno strato che può formarsi naturalmente sulla superficie dell’elettrodo. La formazione naturale porta spesso a SEI litiofobiche, in cui il litio non si stacca in modo uniforme.
Il risultato? Si creano delle zone “vuote” e più vuoti si fondono in un singolo spazio, delaminando l’interfaccia e portando a guasti interni. A rivelarlo è la nuova ricerca texana che, per la prima volta, usando un microscopio elettronico a scansione, ha fatto chiarezza sul problema.
“Per decenni, gli scienziati hanno faticato a comprendere esattamente cosa accadesse all’interno di una batteria allo stato solido in tempo reale, il che ha reso difficile prolungarne la durata”, scrive l’Università di Houston. La microscopia elettronica a scansione, tecnica di imaging ad alta risoluzione, ha aiutato il gruppo a capire cosa avvenisse all’interno della cella, tracciando il processo di stripping degli anodi sia in litio che in leghe Li-Mg ricche di litio.
Prima di questa rivelazione, gli scienziati sapevano che l’aggiunta di piccole quantità di altri metalli, come il magnesio, agli elettrodi al litio-negativi aiutava a migliorare le prestazioni delle batterie allo stato solido, ma non capivano il perché.
“Questa ricerca risolve un mistero di lunga data sul perché le batterie allo stato solido a volte si guastino”, ha affermato Yan Yao, Professore Emerito di Ingegneria Elettrica e Informatica. “Questa scoperta consente alle batterie allo stato solido di funzionare a una pressione inferiore, il che può ridurre la necessità di un ingombrante involucro esterno e migliorare la sicurezza complessiva.”
La ricerca Imaging the evolution of lithium-solid electrolyte interface using operando scanning electron microscopy è su Nature Communications (2025)