Questo duplice

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Un team di ricercatori della East China University of Science and Technology (ECUST) ha trovato un modo per rendere le batterie agli ioni di litio più economiche e migliori. Hanno sviluppato una strategia unica che consente loro di aumentare la stabilità del catodo ricco di nichel nelle batterie agli ioni di litio.

Le batterie agli ioni di litio sono costituite da quattro componenti primari; catodo, elettrolita, separatore e anodo. Il catodo e l'anodo della batteria sono rivestiti con materiali speciali per migliorarne la stabilità, la conduttività e la densità di energia. Si ritiene che il rivestimento del catodo con uno strato ricco di nichel potrebbe dare origine a batterie agli ioni di litio ad alta energia più avanzate.

I ricercatori suggeriscono che tali batterie avranno prestazioni elettrochimiche migliori e costeranno meno delle batterie agli ioni di litio attualmente utilizzate. Tuttavia, i catodi rivestiti in nichel sono altamente instabili e portano a lungo termine a una significativa diminuzione della capacità della batteria.

"A questo punto, l'uso delle batterie agli ioni di litio è limitato principalmente dalla limitata capacità specifica del loro materiale catodico. I catodi stratificati ricchi di nichel soffrono sempre di un rapido esaurimento della capacità a causa dell'instabilità strutturale e interfacciale che si verifica con il lungo operazione a lungo termine," notano i ricercatori.

La nuova strategia proposta può risolvere questo problema.

Lo studio attuale non è il primo tentativo di far funzionare i catodi ricchi di nichel. Poiché le batterie agli ioni di litio ad alte prestazioni sono molto richieste a causa del mercato dei veicoli elettrici in rapida crescita, gli scienziati stanno cercando da tempo di superare i problemi di stabilità. Tuttavia, la maggior parte di questi sforzi si è concentrata sul rivestimento superficiale o sul drogaggio degli elementi.

Gli autori dello studio ritengono che tali metodi unidirezionali non siano sufficienti per superare “l’instabilità strutturale e interfacciale” dei catodi ricchi di nichel. Inoltre, queste soluzioni spesso riducono la capacità della batteria invece di risolvere il problema. Ad esempio, il drogaggio a singolo elemento nella maggior parte dei casi non riesce a fermare la reazione tra il catodo e l'elettrolita.

Provoca la decomposizione dell'elettrolita che alla fine porta a una significativa diminuzione della durata e delle prestazioni della batteria agli ioni di litio. Pertanto, i ricercatori hanno proposto una strategia di doppia modifica che promette di rendere i catodi ricchi di nichel stabili e fattibili a lungo termine.

Il catodo della batteria è drogato con titanio e rivestito con uno strato di nichel contenente biossido di ittrio e litio (Li YO2). Questa doppia modifica si ottiene attraverso un metodo di sinterizzazione che applica calore e pressione e trasforma tutto (rivestimento, materiale drogato e catodo) in una massa solida.

I ricercatori hanno testato questo catodo utilizzando la diffrazione dei raggi X e la microscopia elettronica. Questi test hanno rivelato che il catodo modificato era strutturalmente stabile e ha una migliore ritenzione della capacità della batteria rispetto a un catodo normale. Dopo 100 e 500 cicli di carica, il catodo a doppia modifica aveva una ritenzione di capacità rispettivamente del 96,3% e dell'86,8%.

Se non sei ancora riuscito a comprendere appieno questo processo di doppia modifica in un unico passaggio, ecco una semplice spiegazione: i forti legami titanio-ossigeno che risultano dal doping migliorano effettivamente la stabilità del catodo. Il rivestimento ricco di nichel LiYO2 previene invece con successo la degradazione dell'elettrolita e altre reazioni collaterali dannose che di solito sono responsabili della capacità di dissipazione delle batterie agli ioni di litio.

I ricercatori stanno ora pianificando di testare le prestazioni del loro catodo a doppia modifica in ambienti difficili. "La stabilità in condizioni estremamente dure sarà studiata per garantire la sicurezza del materiale e facilitare la sua applicazione commerciale", ha detto in un comunicato stampa Hao Jiang, uno degli autori dello studio e professore all'ECUST.

Il professor Jiang e il suo team mirano anche a rendere questo processo scalabile in modo che le batterie con il catodo a doppia modifica possano presto diventare disponibili in commercio.