Batterie agli ioni di litio, nuova tecnologia previene perdita irreversibile dell’energia

Abstract grafico (credito: DOI: 10.1021/jacs.1c03648 | Journal of the American Chemical Society)

Una normale batteria agli ioni di litio non è mai carica al 100% della sua densità teorica in quanto tende a perdere ioni, una perdita che si verifica soprattutto durante la carica iniziale nel corso della fase di stabilizzazione della produzione della batteria, come rivela un comunicato del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Scienza e Tecnologia coreano. Se si potesse prevenire questa perdita iniziale di ioni sarebbe possibile rendere le batterie per le automobili elettriche, per esempio, molto più efficienti, soprattutto molto più durevoli.

Proprio per questo un team i ricercatori dell’Istituto di Scienze e Tecnologia della Corea (KIST) sta eseguendo degli studi per realizzare nuovi elettrodi che possano ridurre al minimo questa perdita iniziale.
I ricercatori hanno usato anodi fatti di grafite-ossido di silicio e immersi, prima di essere inseriti nella batteria, in una speciale soluzione. Con questo speciale anodo le batterie mostravano una perdita di ioni iniziale definita come “trascurabile”.

La maggior parte delle batterie al litio presenti in commercio, infatti, ha gli anodi fatti di grafite. Gli anodi di ossido di silicio hanno invece un’elevata capacità, da 5 a 10 volte maggiore della grafite. Tuttavia questo materiale fa consumare tre volte più litio alla batteria rispetto alla grafite.
I ricercatori hanno dunque pensato di usare una soluzione ibrida, anodi fatti da una miscela di grafite e da ossido di silicio.
Per ottenere però una capacità elevata con un’efficienza iniziale altrettanto elevata, i ricercatori hanno sviluppato un particolare processo tramite il quale l’elettrodo viene messo nella suddetta soluzione e ciò mitiga il consumo di litio da parte dell’elettrodo “ibrido”.

La nuova soluzione contiene un solvente debolmente solvatante che aiuta a ridurre l’interazione tra lo stesso solvente gli ioni di litio. Ciò consente un inserimento selettivo degli ioni di litio nei materiali degli anodi e ciò garantisce, a sua volta, una fornitura stabile di litio agli elettrodi.
Il risultato è un consumo iniziale di litio praticamente annullato. I ricercatori hanno calcolato che gli elettrodi realizzati tramite questo metodo mostrano una capacità più grande di 2,6 volte rispetto agli anodi di grafite convenzionali mantenendo l’87,3% della capacità iniziale dopo 250 cicli di carica e discarica.
“La tecnologia è sicura e adatta alla produzione di massa, e quindi è probabile che venga commercializzata”, dichiara Jihyun Hong, uno dei ricercatori del KIST che ha partecipato agli studi.

Note e approfondimenti

  1. Weakly Solvating Solution Enables Chemical Prelithiation of Graphite–SiOx Anodes for High-Energy Li-Ion Batteries | Journal of the American Chemical Society (IA) (DOI: 10.1021/jacs.1c03648)

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