Sviluppo di elettroliti polimerici a base di PVDF-HFP e liquidi ionici per batterie al litio a stato solido. = Development of Polymer Electrolytes Based on PVDF-HFP and Ionic Liquids for Solid-State Lithium Batteries.

Le batterie al litio allo stato solido rappresentano una delle tecnologie di accumulo elettrochimico più promettenti attualmente in fase di sviluppo sia in ambito accademico che industriale. In particolare, lo studio e l’ottimizzazione degli elettroliti polimerici solidi hanno assunto un ruolo cruciale nella ricerca di sistemi di accumulo più performanti e sicuri. l presente lavoro è stato condotto nell’ambito del progetto europeo SOLVE (https://www.solveproject.eu), che ha l’obiettivo di sviluppare batterie al litio metallico ad alta densità di energia grazie all’utilizzo di elettroliti a stato solido. In particolare, l’attività si è concentrata sullo sviluppo di elettroliti polimerici a base di PVDF-HFP e liquidi ionici. In particolare nella attività di tesi è stato utilizzato un copolimero di poli(vinilidene fluoruro) - PVDF con esafluoropropilene – HFP con elevata resistenza chimica e meccanica e un liquido ionico a base pirrolidinio, caratterizzato da una bassa volatilità, in grado di offrire elevata conducibilità ionica (> 1×10¿³ S/cm), stabilità ossidativa superiore a 4.4 V vs Li¿/Li, resistenza alla formazione di dendriti ed elevata compatibilità con la matrice polimerica garantendo un’elevata ritenzione della fase liquida. Si sono studiati diversi sistemi a base di PVDF-HFP, impiegando processi di fotopolimerizzazione UV per la realizzazione di membrane polimeriche reticolate semi interpenetrate (SIPN). Questa strategia ha permesso di migliorare significativamente sia le proprietà interfacciali elettrolita/elettrodo che la ritenzione del liquido ionico. In particolare, i monomeri 1-vinil-3-etilimidazolio bis(trifluorometilsulfonil)immide (VeimTFSI) e divinilsolfone (DVS) sono stati selezionati per la formazione dei SIPN, contribuendo a un marcato incremento della compatibilità all’interfaccia con l’elettrodo di litio metallico e, in generale, al miglioramento delle prestazioni elettrochimiche. Le membrane contenenti DVS, in particolare, hanno mostrato una bassissima impedenza all’interfaccia e un’eccellente stabilità durante i cicli di carica/scarica. In conclusione, questo studio ha dimostrato che l’impiego della fotopolimerizzazione UV rappresenta un approccio efficace per migliorare le prestazioni degli elettroliti polimerici, favorendo la formazione di un’interfaccia stabile con il litio metallico e incrementando la conducibilità. Inoltre, si tratta di un processo semplice, in assenza di solventi e facilmente scalabile su scala industriale, con elevato potenziale per lo sviluppo di elettroliti polimerici ad elevate prestazioni per le future generazioni di batterie al litio allo stato solido.