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Studio di membrane polimeriche elettrofilate a conduzione ionica

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Anteprima della tesi: Studio di membrane polimeriche elettrofilate a conduzione ionica, Pagina 4
A C C U M U L A T O R I A L L I T I O
Per sviluppare batterie ad alta energia specifica è necessario impiegare materiali elettrodici aventi elevata capacità
teorica ed elevato potenziale standard. I metalli alcalini sono i migliori materiali anodici perché combinano un’alta
capacità specifica e un basso potenziale redox standard a una bassa densità.
Il litio è il primo dei metalli alcalini. Possiede un’elevata elettronegatività (0,98), la più bassa densità tra i metalli (0,535
g/cm
3
) e la più elevata capacità specifica tra questi (3861 mAh/g). La semicoppia
���� +
+ �� −
→ ���� ha un potenziale redox standard di -3,04 eV, tra i più bassi della scala: accoppiandolo a un altro elemento si ottiene
una elevata differenza di potenziale che è direttamente proporzionale all'energia di una cella.
Appare quindi evidente come un accumulatore con anodo a base di litio possa assicurare prestazioni eccezionali
[5]
.
Tuttavia, nonostante i vantaggi legati al basso peso equivalente e all’elevata densità di energia, l’utilizzo del litio
metallico pone problemi di sicurezza e affidabilità: nessun elettrolita è infatti stabile nei confronti del litio metallico.
Innanzitutto devono essere aprotici (quelli in grado di fornire ioni H
+
reagirebbero violentemente portando allo
sviluppo di idrogeno) e poi devono poter formare dei prodotti di degradazione insolubili e fortemente adesi alla
superficie dell’elettrodo, cioè uno strato di passivazione. Se da un lato tale fenomeno è positivo perché il film
formatosi va a proteggere l’elettrodo da un’ulteriore corrosione, dall’altro:
 Lo strato di passivazione oppone una resistenza aggiuntiva alla conduzione ionica, quindi incrementa le
resistenze interne sia durante in processo di carica che di scarica, con una diminuzione dell’efficienza
columbica;
 Durante la scarica si ha parziale ridissoluzione del film. La ricopertura irregolare che ne deriva fa sì che
durante la successiva ricarica il litio metallico si depositi in maniera non omogenea, portando alla formazione
di protuberanze di Li-Me (dendriti). Questi possono a loro volta passivarsi intrappolando materiale anodico
(diminuzione della capacità), continuare a crescere fino a toccare il catodo cortocircuitando la cella o portare
a surriscaldamenti per effetto joule a causa flussi locali di corrente particolarmente elevati, con rischio di
decomposizione delle componenti, sviluppo di gas e combustione
[6]
.
La ricerca di una soluzione a questi problemi si
è concentrata su due fronti: la sostituzione del
Li-Me con suoi composti meno reattivi e lo
sviluppo di elettroliti in grado di generare un
film di passivazione stabile (Solid Electrolyte
Interface, SEI). Dagli sviluppi è nata l’attuale
generazione di accumulatori (Li-Ion) che
hanno completamente monopolizzato il
mercato dei dispositivi elettronici portatili.
4

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Studio di membrane polimeriche elettrofilate a conduzione ionica

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Informazioni tesi

  Autore: Leonardo Morelli
  Tipo: Laurea liv.I
  Anno: 2014-15
  Università: Università degli Studi di Roma La Sapienza
  Facoltà: Chimica Industriale
  Corso: Scienze e tecnologie chimiche
  Relatore: Maria Assunta Navarra
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 47

FAQ

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Parole chiave

litio
polimeri
accumulatori
conduzione ionica
elettrofilatura
liquidi ionici
elettroliti
batterie al litio-zolfo
poli etilen ossido (peo)
ioni litio

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