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Jun 01, 2023

I ricercatori creano uno sballo

Il mondo si sta rapidamente muovendo verso una nuova era di maggiore enfasi sulle tecnologie verdi. Queste tecnologie richiedono attività di ricerca e sviluppo (R&S) più pratiche e accurate per far fronte alla crescita

Il mondo si sta rapidamente muovendo verso una nuova era di maggiore enfasi sulle tecnologie verdi. Queste tecnologie richiedono attività di ricerca e sviluppo (R&S) più pratiche e accurate per soddisfare la crescente domanda di sistemi di accumulo dell’energia. I recenti progressi hanno portato a batterie agli ioni di litio più efficienti; tuttavia, permangono carenze significative. Una di queste sfide è la necessità di una ricarica più rapida, che può contribuire ad accelerare l’adozione dei veicoli elettrici.

Ora, utilizzando le risorse dell’Argonne National Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE), un gruppo di ricerca guidato dalla Boise State University e dall’Università della California a San Diego ha creato un materiale ad alte prestazioni per gli elettrodi delle batterie che potrebbe facilitare una ricarica molto più rapida per batterie al litio. Sembra promettente per accelerare la ricarica fornendo allo stesso tempo un'eccellente capacità di archiviazione.

Durante il ciclo delle batterie al litio, gli ioni di litio si spostano dall'elettrodo positivo (catodo) all'elettrodo negativo (anodo), comunemente costituito da grafite. A velocità di ricarica più elevate, il litio metallico tende ad accumularsi sulla superficie della grafite. Conosciuta come placcatura al litio, compromette le prestazioni della batteria e può provocarne il cortocircuito, il surriscaldamento o addirittura l'incendio.

I ricercatori hanno cercato di rimuovere questo ostacolo sulla strada verso una ricarica più rapida con l’aiuto di un composto chiamato pentossido di niobio, con una nuova struttura cristallina. Il pentossido di niobio è molto meno suscettibile alla placcatura, rendendolo potenzialmente più sicuro e più durevole della grafite. I suoi atomi possono essere facilmente organizzati in molte configurazioni stabili che non richiedono molta energia per riconfigurarsi. Ciò offre ai ricercatori l’opportunità di scoprire nuove strutture che potrebbero migliorare le prestazioni della batteria.

Per il loro studio, i ricercatori hanno costruito una cella a bottone con pentossido di niobio come materiale dell'elettrodo. Tanto per cominciare il pentossido di niobio aveva una disposizione disordinata e disordinata degli atomi. Ma il team ha scoperto che quando la cellula veniva caricata e scaricata più volte, la struttura disordinata si trasformava in una struttura ordinata e cristallina.

Descritta come una struttura cubica di salgemma, la struttura cristallina ha consentito un trasporto più semplice e veloce degli ioni di litio nell'anodo durante la carica. La loro scoperta indica che il materiale promette una ricarica rapida e altre misurazioni suggeriscono che può immagazzinare una grande quantità di carica. Presenta un'eccellente stabilità ciclistica con una capacità di 225 mAh g−1 a 200 mA g−1 per 400 cicli ed efficienza Coulombica del 99,93%.

È molto difficile produrre pentossido di niobio cristallino ad alte prestazioni con metodi di sintesi tradizionali, come quelli che sottopongono i materiali a calore e pressione. L’approccio di sintesi non convenzionale utilizzato con successo in questo studio – caricare e scaricare una cella di batteria – potrebbe essere applicato per realizzare altri materiali innovativi per batterie. Potrebbe potenzialmente anche supportare la fabbricazione di nuovi materiali in altri campi, come semiconduttori e catalizzatori.

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