Studio di membrane polimeriche elettrofilate a conduzione ionica

Nei dispositivi elettrochimici l’elettrolita è quell’elemento che, consentendo il flusso degli ioni delle specie attive ma non quello di elettroni, permette di ristabilire l’elettroneutralità e chiudere il circuito elettrico senza però partecipare alla reazione elettrochimica. Anche gli elettroliti solidi devono possedere queste proprietà fondamentali ed in particolare avere una conducibilità ionica di almeno 10-4 S/cm a temperatura ambiente, necessaria per un corretto funzionamento dei dispositivi al litio. I sistemi comunemente studiati per questi scopi sono complessi di un sale di litio (LiX) e un polimero ad alto peso molecolare come il PEO. Risalgono agli anni ’70 i primi studi che descrivono le capacità iono conduttrici di questi complessi (Wright, Parker et al., 1973): combinando inerzia chimica con buone proprietà di trasporto dello ione litio, il PEO è ad oggi il polimero con le migliori credenziali per assolvere al ruolo di matrice elettrolitica. La sostituzione degli elettroliti liquidi con questi sistemi solvent-free avrebbe diversi vantaggi:

-> una maggiore stabilità chimica che permetterebbe l’uso del litio metallico come anodo e materiali catodici fortemente positivi al catodo;
-> assenza di componenti liquidi potenzialmente infiammabili che potrebbero causare esplosioni, rotture o che potrebbero fuoriuscire dalla cella;
-> crescita dendritica inibita e ridotta diffusione di specie solubili (come i polisolfuri);
-> maggiore resistenza meccanica e modulabilità della geometria della cella.

Il motivo che ne ha impedito fino ad ora l’uso è che mostra una buona conducibilità (≥10-4 S/cm) solo al di sopra dei 65 °C, cioè oltre la temperatura di fusione della fase cristallina; a temperatura ambiente la conducibilità crolla a soli 10-8 S\cm. Il motivo di questo comportamento è da ricercare nel particolare meccanismo di conduzione degli ioni, associato alla fase amorfa del polimero, la cui frazione dipende dalla temperatura operativa. Diverse strategie sono perciò state studiate per incrementare questa frazione anche a temperature al di sotto di quella di fusione [10].