Elettroliti polimerici sostenibili per batterie agli Ioni di potassio = Sustainable polymer electrolytes for potassium-ion batteries

Il riscaldamento climatico a cui stiamo assistendo è un evento anomalo dovuto alle attività antropiche che sono responsabili dell'immissione in atmosfera di milioni di tonnellate di CO2 e altri gas clima alteranti a causa dell’utilizzo di fonti fossili per produrre energia elettrica. E’ in questo scenario che si colloca la transizione energetica, necessaria per poter attuare la decarbonizzazione, che consiste nel passaggio dall'utilizzo di carbone, petrolio e altre fonti non rinnovabili a fonti rinnovabili che però sono soggette ad imprevedibilità. Dunque, i sistemi di accumulo energetici sono di vitale importanza ed hanno il compito di immagazzinare elettricità e renderla disponibile quando vi sia maggiore necessità. Le batterie agli ioni di litio sono fra le tecnologie dominanti nel settore tecnologico; tuttavia, la distribuzione non uniforme e la scarsità sulla crosta terrestre stanno rendendo il litio un elemento sempre meno appetibile per i futuri storage energetici. Le batterie agli ioni di potassio sono un'alternativa sempre più promettente grazie alla sua abbondanza, al basso costo e al rapido trasporto cinetico degli ioni K+. Negli ultimi anni sono stati fatti molti passi in avanti per quanto riguarda la ricerca dei materiali degli elettrodi delle KIBs, ma gli elettroliti, che permettono il passaggio degli ioni, sono ugualmente di vitale importanza per la performance della cella. Alla luce di ciò, il seguente lavoro di tesi si pone come obiettivo quello di fornire un quadro generale dello stato dell'arte delle batterie al potassio, per poi focalizzarsi sullo studio e la caratterizzazione di due tipi diversi di membrane gel-polimeriche organiche. Il primo tipo di membrane polimeriche, a base di epossido, si divide a sua volta in tre gruppi a seconda dell'agente legante: membrana NC547FT (anidride esaidro-4-metilftalica),membrana NC547GT (anidride glutarica) e membrana NC547ST (anidride succinica). Al fine di studiarne le prestazioni sono state assemblate delle EL cell con il SuperP come catodo e il potassio metallico come anodo e sono state sottoposte a prove galvanostatiche con corrente specifica di 0.05 A/g effettuando 100 cicli di carica e scarica fra gli 0.01 V e 3 V. Prima di assemblare la cella, ogni membrana è stata posta per almeno 30 minuti all'interno dell'elettrolita affinché potesse assorbirlo (processo di swelling). Per metà delle membrane è stato utilizzato il KPF6 0.8 M in EC:DEC, per la restante parte il KPF6 0.8 M in DME. Alla fine delle prove cicliche è stato osservato come, in entrambi i casi, le celle avessero un'efficienza Coulombica ed una capacità specifica di carica/scarica molto scarse. Si è passati così a studiare il secondo tipo di membrane costituite da lignina con poli(etilene glicol)diglicidiletere (PEGDGE) ripetendo i passaggi sopra menzionati. Per le membrane poste in swelling nel KPF6 0.8 M in EC:DEC sono stati ottenuti risultati molto promettenti arrivando ad una capacità specifica di carica di 80 mAh/g e di scarica di 100 mAh/g in media. Le prove di caratterizzazione delle membrane a base di lignina hanno dato in parte dei risultati incoraggianti di buona conducibilità, alto numero di trasporto e plating uniforme degli ioni K+. Dunque, questo studio ha mostrato la fattibilità di ottenere una cella funzionante con un elettrolita gel-polimerico organico che ne assicura la sostenibilità ambientale.