Questo rapporto riassume i risultati delle attività di scale up di materiali ed elettrodi al fine di ottenere celle litio ione con materiali anodici prodotti in RSE a base di MXene e MAX phase ossidata.

L’attività include l’installazione e messa in opera di una linea pilota per il taglio e la saldatura di elettrodi di dimensione 4,5 cm x 5,8 cm, oltre che la sigillatura termica degli stessi per ottenere celle litio ione a sacchetto (di seguito nominate pouch).

In una prima fase si è proceduto allo scale up del processo di sintesi dei materiali, incrementando il quantitativo di polveri nei batch di produzione e monitorando tramite tecniche di caratterizzazione chimica/fisica, in particolare diffrattometria a raggi X, la formazione di fasi coerenti con quelle realizzate in lotti più piccoli, nell’ordine dei milligrammi, come quelli precedentemente utilizzati per i processi di ottimizzazione dei materiali.

Lo step successivo è stato la produzione di elettrodi a spessore crescente al fine di verificare il reale controllo del mass‑loading elettrodico e quindi calcolare il valore di capacità per unità di superficie al variare dello spessore di deposizione.

Si è quindi proceduto al taglio e assemblaggio delle celle pouch, cercando di accoppiare elettrodi con un rapporto capacità/superficie simile e imponendo come capacità limitante quella del materiale catodico per simulare il caso di assemblaggio di una batteria reale, prevenendo quindi fenomeni degradativi dell’elettrolita a causa della formazione di dendriti in fase di ricarica della cella al litio. Si è riscontrato che per ottenere una buona stabilità elettrochimica non si dovrebbe superare uno spessore di elettrodo di 0,25-0,4mm in fase di deposizione dello slurry.

Con questi spessori, utilizzando ancora una tecnica di miscelazione convenzionale da laboratorio chimico, ma scalata a quantitativi maggiori di polveri rispetto quelli usati per lo studio e validazione dei materiali, si è trovato che, per garantire un numero di almeno 300 cicli di carica e scarica, la capacità massima ottimale per unità di superficie è di circa 0,8-0,9 mAh/cm².

Oltre al test delle celle al fine di ottenere dispositivi di almeno 15-20 mAh, più simili a dispositivi reali, l’attività ha anche permesso di: i) verificare per la prima volta l’impiego dei MXeni come materiale anodico in batterie litio ione, in quanto nello scorso triennio RdS tale materiale era stato studiato soltanto per l’accumulo degli ioni sodio; ii) validare la tecnica di pre-litiazione degli elettrodi emulando quella utilizzata nelle scorse annualità per celle complete sodio ione, mostrando però in questa caso limiti di applicabilità con l’aumentare della dimensione dei dispositivi.