Substrato PET/PVDF a doppio strato

Jul 17, 2023

22 marzo 2023

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dall'Università di Shinshu

Un efficace stoccaggio dell’energia è fondamentale per la transizione della società verso le energie rinnovabili. Le batterie al litio metallico (LMB) hanno il potenziale di raddoppiare la quantità di energia immagazzinata in una singola carica rispetto alle attuali batterie agli ioni di litio (LIB), ma la crescita dei dendriti di litio e il consumo di elettrolita nelle attuali tecnologie LMB stanno ostacolando le prestazioni della batteria.

I substrati per elettroliti polimerici solidi (SPE) offrono una potenziale soluzione alle attuali limitazioni degli LMB, ma gli SPE richiedono la propria ottimizzazione prima dell'integrazione nei sistemi LMB interamente a stato solido (ASSLMB).

Un team di importanti scienziati dell'Università di Shinshu, dell'Università di Kyoto e dell'Università di Sungkyunkwan ha recentemente segnalato lo sviluppo di una membrana in nanofibra di microfibra di polietilene tereftalato (PET) a doppio strato e nanofibra di polivinilidene fluoruro (PVDF) utilizzando un metodo di pressatura meccanica, che funge da separatore per LIB sistemi per evitare cortocircuiti tra gli elettrodi.

Il separatore ha dimostrato una migliore bagnabilità, ovvero la capacità del liquido elettrolitico contenente ioni di litio di entrare in contatto con gli elettrodi, e una migliore stabilità termica del sistema batteria. È importante sottolineare che questa membrana a doppio strato può essere utilizzata anche negli SPE dei sistemi LMB per prevenire la dannosa crescita dei dendriti di litio e il cedimento strutturale.

Nel loro attuale studio di ricerca, il gruppo di ricerca ha generato un substrato simile a doppio strato, PET/PVDF (nPPV) non tessuto, utilizzando un metodo di elettrofilatura per prevenire la formazione di vuoti e pieghe tra i due strati che riducono la longevità dello strato di PVDF. Lo studio ha caratterizzato gli elettroliti polimerici solidi rinforzati con nPPV (nPPV-SPE) per le proprietà meccaniche, termiche ed elettrochimiche e i test hanno confermato che il substrato ha migliorato significativamente le prestazioni dei sistemi ASSLMB.

Il team ha pubblicato i risultati online sul Journal of Power Sources.

"Considerando le scarse prestazioni ciclistiche (cicli di carica-scarica) degli SPE derivanti da basse proprietà meccaniche e termiche, questo progetto si è concentrato sulla fabbricazione di SPE rinforzati da un substrato a doppio strato costituito da uno strato di tessuto non tessuto PET e uno strato di nanofibre PVDF per migliorare la stabilità strutturale e quindi le prestazioni del ciclo degli SPE", ha affermato Ick Soo Kim, autore corrispondente dello studio e professore presso il Nano Fusion Technology Research Group presso l'Institute for Fiber Engineering (IFES) dell'Università di Shinshu.

È importante sottolineare che gli SPE costituiti da matrici polimeriche e sali di litio dimostrano proprietà come flessibilità e lavorabilità compatibili con gli elettrodi LMB. Il metodo di elettrofilatura elimina anche le pieghe e i vuoti generati dal metodo di pressatura tra gli strati di PET e PVDF, fornendo un metodo di produzione semplice, facile e adattabile per le membrane in nanofibra.