L’inventore delle batterie al litio crea un rivestimento per aumentarne la capacità

Le batterie agli ioni di litio in realtà perdono una parte considerevole della loro capacità ancor prima di essere avviate. Ciò è dovuto alle impurità che si formano durante il loro primo ciclo, ma un team guidato dal premio Nobel inventore delle batterie al litio ricaricabili potrebbe aver trovato una soluzione a questo problema, sotto forma di un nuovo rivestimento che protegge da queste perdite dovute al cominciare. Le impurità alla base di questi problemi nelle batterie al litio si trovano sui catodi ricchi di nichel sul lato positivo del dispositivo, che fungono da uno dei suoi due elettrodi. Il nichel in questo componente è la chiave per l’impressionante densità di energia delle batterie agli ioni di litio, ma è anche instabile.

Ciò provoca la formazione di impurità sulla superficie del catodo durante il primo ciclo di carica e scarica, che a sua volta riduce immediatamente la capacità di accumulo della batteria del 10-18%. Inoltre, il nichel crea instabilità del sottosuolo all’interno della struttura del catodo, che nel tempo iniziano anche a degradare la capacità di stoccaggio della batteria. Nel 2019, Stanley Whittingham ha vinto il Premio Nobel per la Chimica insieme ad altri due scienziati per lo sviluppo della batteria agli ioni di litio negli anni 1970. Da allora la tecnologia ha fatto molta strada, ma i ricercatori, tra cui Whittingham, continuano a lavorare per migliorare sperimentando con materiali diversi, e uno promettente per l’uso come catodo è un materiale di nichel-manganese-cobalto chiamato NMC 811.

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Whittingham ha guidato un team di ricercatori della State University di New York a Binghamton, del Dipartimento dell’Energia e degli Oak Ridge National Laboratories per testare un trattamento chimico sperimentale per NMC 811, con ossido di niobio privo di litio. La speranza era che ciò avrebbe evitato l’instabilità del catodo, qualcosa che i ricercatori hanno studiato utilizzando studi di diffrazione di neutroni e raggi X. I neutroni sono penetrati facilmente nel materiale del catodo per rivelare dove si trovavano gli atomi di niobio e di litio, consentendo una migliore comprensione di come funziona il processo di modifica del niobio. I dati sulla diffusione dei neutroni suggeriscono che gli atomi di niobio stabilizzano la superficie per ridurre la perdita del primo ciclo, mentre a temperature più elevate gli atomi di niobio spostano alcuni degli atomi di manganese più in profondità all’interno del materiale del catodo per migliorare la ritenzione della capacità a lungo termine.

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Il trattamento chimico ha stabilizzato la struttura per ridurre la perdita di capacità che normalmente si verifica durante il primo ciclo di carico. In definitiva, ha anche fornito migliori prestazioni a lungo termine, con una ritenzione di capacità del 93,2% su 250 cicli di carica. Gli scienziati vedono un grande potenziale nel nuovo design della batteria, soprattutto quando lo stoccaggio ad alta densità è una priorità, come nel mondo del trasporto elettrico. I miglioramenti osservati nelle prestazioni elettrochimiche e nella stabilità strutturale rendono l’NMC 811 modificato con niobio un candidato come materiale catodico per l’uso in applicazioni ad alta densità energetica come i veicoli elettrici. La combinazione di un rivestimento di niobio con la sostituzione di atomi di manganese per atomi di niobio può essere un modo migliore per aumentare sia la capacità iniziale che la ritenzione della capacità a lungo termine. Queste modifiche possono essere facilmente ampliate utilizzando gli attuali processi di produzione multistadio per i materiali NMC.

Fonte: ecoinventos.com

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