Batterie Li-ione innovative con anodi al silicio: studio di elettroliti additivati con carbonati = Innovative Li-ion batteries with silicon anodes: study of electrolytes with carbonates additives

Un elettrolita innovativo per materiali anodici al silicio, caratterizzati da una capacità specifica teorica decuplicata rispetto alla grafite, è stato caratterizzato e testato in confronto ad un elettrolita più comunemente usato per le batterie al silicio, denominato Standard (STD). Il nuovo elettrolita è stato ideato partendo dalla miscela tipica delle celle litio-zolfo, nell’ottica di cercare un elettrolita adatto ad entrambi i materiali per la realizzazione di una futura cella Si-S. È stato aggiunto l’additivo FEC in 5% in peso a seguito di varie prove di ciclaggio e conducibilità a diverse temperature, mentre l’elettrolita STD presenta 1%wt. di VC. Sono state svolte diverse caratterizzazioni chimiche ed elettrochimiche per confrontare i due elettroliti. Questi sono stati testati in semicelle con litio metallico e il materiale anodico al silicio. Gli svantaggi intrinsechi di questo materiale, l’elevato incremento di volume del silicio durante la litiazione (circa del 300% di quello iniziale) e la non sufficiente conducibilità, sono stati mitigati sintetizzando un materiale composto da nanoparticelle di silicio parzialmente ossidato, inglobate in una matrice carboniosa ottenuta dalla pirolisi delle nano spugne a base β-ciclodestrine ed avvolte in ossido di grafene ridotto. Sono stati evidenziati diversi vantaggi nell’uso della nuova soluzione con FEC. La capacità specifica supera i 2000 mAh/g(Si) e si attesta a valori maggiori rispetto quella ottenibile dall’elettrolita STD per un elevato numero di cicli di carica e scarica. I risultati delle caratterizzazioni, tra cui la Voltammetria Ciclica, mostrano una effettiva attivazione del silicio. Il SEI (Solid Electrolyte Interface) layer è stato studiato attraverso prove di Spettroscopie di Impedenza Elettrochimiche e la loro modellizzazione ad un circuito equivalente; il sistema con l’elettrolita FEC risulta essere più stabile ed efficiente rispetto la miscela STD. Prove analoghe svolte sul materiale elettrodico privo di silicio confermano i miglioramenti apportati dal nuovo elettrolita.