Studio di batterie agli ioni litio tramite metodi di calcolo computazionale

The advent of new research methodologies, combining both experimental part and computational calculations, plays a fundamental role in improving the performance, properties, and architecture of lithium-ion batteries. The purpose of this thesis is to analyze two different models of lithium-ion batteries through the results obtained from the application of these innovative theories. The introduction recalls the basic concepts related to electrochemical batteries and exposes the increasing importance of the continuous improvement of the same. The central part of the thesis initially hosts the detailed treatment of the classic type of lithium-ion batteries, with liquid electrolyte, and, secondly, the exposure of the modern case, that is, composed of a solid electrolyte. Although a definitive solution to the "environmental issue" has not been found yet, the gradual replacement of fossil resources with renewable ones would not be feasible without the introduction of these innovative theories and the use of modern software.

L’avvento di nuove metodologie di ricerca, combinazione sia di una parte sperimentale sia di calcoli computazionali, svolge un ruolo fondamentale nel miglioramento delle performance, delle proprietà e dell’architettura delle batterie agli ioni litio. Lo scopo di questa tesi è quello di analizzare due modelli diversi di batterie agli ioni litio attraverso i risultati ottenuti dall’applicazione di queste teorie innovative. L’introduzione richiama i concetti base relativi alle batterie elettrochimiche ed espone la crescente importanza nel miglioramento continuo delle stesse. La parte centrale della tesi ospita inizialmente la trattazione dettagliata della tipologia classica di batterie agli ioni litio, ovvero dotata di elettrolita liquido, e, secondariamente, l’esposizione del caso moderno, ovvero composto da un elettrolita allo stato solido. Nonostante non si sia ancora trovata una soluzione definitiva per la “questione ambientale”, la sostituzione graduale delle risorse fossili con quelle rinnovabili non sarebbe attuabile senza l’introduzione di queste teorie innovative e l’impiego dei software moderni.