Un elettrodo salva spazio offre il 25% di accumulo in più in batteria

Presso l’Istituto moscovita di scienza e tecnologia di Skolkovo, un gruppo di ricercatori ha sviluppato una nuova metodologia per ottimizzare lo spazio occupato dal catodo e, al contempo, aumentare la densità energetica del 25%; il paper di ricerca è stato pubblicato sulla prestigiosa rivista Energy Advances.

In molte batterie agli ioni di litio questo elettrodo è costituito da ossidi di metalli di transizione stratificati (NMC, nichel-manganese-cobalto) a forma di ottaedro che hanno come punto debole il fatto di lasciare piccoli spazi vuoti fra uno strato e l’altro, dal momento che è impossibile farli incastrare perfettamente. Gli scienziati sono stati in grado di colmare questo gap millesimale alterando la configurazione di due elementi NMC, comunemente utilizzati, tramite una modifica della procedura di sintesi, integrando accuratamente del sale inerte per promuovere la formazione di particelle sferiche su quelle a forma di ottaedro.

"Il nostro materiale è un NMC a cristallo singolo con particelle sferiche, che combina il meglio di entrambi i mondi per quanto riguarda la massimizzazione della densità", ha spiegato la coautrice dello studio Aleksandra Savina. A differenza dei policristalli, le particelle di polvere non hanno una struttura interna, quindi non ci sono spazi vuoti lungo il perimetro di ogni singolo granello; in aggiunta, a parità di spazio occupato, è possibile accumulare molti più granelli, aumentando in questo modo la densità della cella.

I ricercatori sono ottimisti riguardo possibili migliorie che consentano di impacchettare ancora più energia, a parità di volume, attraverso ulteriori sperimentazioni con focus la dimensione delle particelle, magari mescolando quelle più piccole e più grandi.

Un ulteriore punto di forza di questa strategia è che queste ultime riducono al minimo il contatto superficiale con l’elettrolita della batteria, rallentando la degradazione del catodo. "I materiali catodici sono un collo di bottiglia importante per quanto riguarda le batterie dei veicoli elettrici", ha affermato il ricercatore principale, il professor Artem Abakumov. "I catodi nelle batterie che alimentano le auto elettriche tendono a utilizzare ossidi di metalli di transizione stratificati, compresi quelli ricchi di nichel. Abbiamo migliorato due materiali comunemente usati di questo tipo, ottenendo un aumento del 10%-25% della densità di energia. Ciò si traduce in catodi più piccoli, batterie più compatte e quindi una maggiore capacità di accumulo di energia a parità di volume. Come bonus aggiuntivo, il materiale si deteriora più lentamente".

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