Nel corso della precedente annualità, era stata svolta una dettagliata analisi bibliografica delle diverse categorie di elettroliti solidi a base di ioni litio (Li) e sodio (Na), come ad esempio polimeri, ossidi e solfuri. È stato dimostrato che i solfuri presentano una elevata conducibilità ionica anche alle basse temperature. Pertanto, questi materiali sono i candidati più promettenti per la realizzazione di elettroliti solidi da impiegarsi per la realizzazione delle batterie allo stato solido. Inoltre, nella fase di sperimentazione è stato messo a punto un protocollo standard per la loro sintesi. La preparazione e la miscelazione dei reagenti è stata eseguita in atmosfera inerte (Ar) all’interno di una camera a guanti (glove box). Le polveri dei precursori vengono miscelate con l’ausilio di un mortaio d’agata e porzioni della miscela solida vengono sottoposte ad una pressatura per la realizzazione di pastiglie (pellet). I pellet vengono sigillati sottovuoto all’interno di un tubo di quarzo, mediante fiamma, e quindi sottoposti a specifici trattamenti termici. Il protocollo è stato testato sulla specie denominata LGPS (Li₁₀GeP₂S₁₂). La purezza del materiale sintetizzato è stata determinata con l’ausilio della tecnica di diffrazione dei raggi X (XRD). I dati sperimentali ottenuti hanno confermato la bontà del protocollo proposto.

L’attività svolta nel corso della presenta annualità è stata focalizzata sulla sintesi di elettroliti solidi partendo dai sistemi noti a base di ione litio per poi sintetizzare specie analoghe, ma con lo ione sodio in sostituzione dello ione litio e con altri metalli differenti dal germanio. Gli elettroliti solidi appartenenti a questa famiglia possono essere definiti dalla seguente formula: NMPS in cui N = Na, M = Ge, Sn, Al. Nel corso della sperimentazione si sono potuti sintetizzare alcuni di questi materiali, di cui sono state determinate le strutture cristalline, il grado di purezza e la conduttività ionica. I principali risultati ottenuti sono di seguito riassunti. Per gli elettroliti solidi contenenti Ge, la fase ottenuta dalla semplice sostituzione di Li con Na (Na₁₀GeP₂S₁₂, NGPS) è risultata instabile e pertanto non è stato possibile caratterizzarla. Al contrario, è stata sintetizzata una fase stabile con diverso gruppo di simmetria e con diversa stechiometria, corrispondente alla specie Na₁₁Ge₂PS₁₂. Questa fase presenta la stessa stechiometria e lo stesso gruppo di simmetria della fase equivalente contenente stagno (Na₁₁Sn₂PS₁₂) ed è caratterizzata da un volume del reticolo cristallino più grande rispetto all’elettrolita a base di Ge. Inoltre, è stato dimostrato che nella specie Na₁₁Sn₂PS₁₂ l’alluminio (Al) può sostituire sino al 50% dello Sn (Na₁₁AlSnPS₁₂). Il volume del reticolo cristallino e la conducibilità ionica tendono a diminuire con l’aumento del contenuto di Al all’interno del materiale. In aggiunta, è stato possibile sostituire lo Sn con silicio (Si); la sostituzione di meno del 50% dello Sn porta alla formazione di una nuova fase con formula Na₁₁Si_0.2Sn_1.8PS₁₂. Con solo Si, e in assenza totale di Sn, ha luogo la formazione di nuovi elettroliti allo stato solido aventi formula generale Na_11.7P_0.27Si_2.73S₁₂. La misura della conducibilità ionica di queste fasi, necessaria per una completa caratterizzazione dei materiali sintetizzati, verrà effettuata nella prossima annualità. La caratterizzazione consentirà di selezionare, tra i nuovi sintetizzati elettroliti solidi a base di Na, i candidati più promettenti con cui realizzare delle monocelle per la verifica delle loro prestazioni elettrochimiche.