Un nuovo catodo LMR che riduce al minimo il decadimento della tensione nel litio

Funzionalità del 7 agosto 2023

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di Ingrid Fadelli, Tech Xplore

Le batterie agli ioni di litio (LiB), batterie ricaricabili che immagazzinano energia sfruttando la riduzione reversibile degli ioni di litio, rimangono tra le tecnologie delle batterie più utilizzate in tutto il mondo. Queste batterie alimentano un’ampia gamma di dispositivi, dagli smartphone, cuffie e PC agli elettrodomestici intelligenti e ai veicoli elettrici.

Un team di ricercatori della City University di Hong Kong, della Northwestern University e di altri istituti negli Stati Uniti ha cercato di ideare strategie e soluzioni che potrebbero migliorare le prestazioni delle LiB, allungandone la vita e aumentandone la capacità energetica. In un recente articolo pubblicato su Nature Energy, il team ha introdotto un nuovo catodo che potrebbe aumentare la capacità delle LiB, affrontando una limitazione ben documentata dei catodi esistenti.

"Immagina un mondo in cui la batteria del tuo telefono dura molto più a lungo e le auto elettriche possono andare più lontano con una singola carica", ha detto a TechXplore il Prof. Qi Liu, uno dei ricercatori che hanno condotto lo studio. "Questo è il sogno a cui stiamo lavorando. Migliorando le LiB, le fonti di energia dei moderni dispositivi elettrici e dei veicoli elettrici. Il nostro recente studio si concentra su un tipo specifico di materiale chiamato catodi stratificati ricchi di litio e manganese (LMR), che hanno il potenziale per immagazzinare molta più energia rispetto agli attuali catodi commerciali."

È noto che i catodi stratificati LMR sono soggetti a un fenomeno noto come "decadimento della tensione", che comporta un rapido deterioramento dei catodi e una perdita di tensione nella batteria. Questa questione cruciale e ampiamente studiata limita in modo significativo le prestazioni delle LiB, limitandone il potenziale complessivo come soluzione per batterie.

"Siamo stati ispirati dalle sfide affrontate dai ricercatori di tutto il mondo che stavano cercando di affrontare questo problema di decadimento della tensione", ha spiegato il prof. Liu. "Alcune menti brillanti avevano già proposto idee, come rivestire il materiale del catodo o introdurre nuovi elementi per stabilizzare la struttura. Ma nonostante questi sforzi, il problema rimaneva irrisolto."

In tempi recenti, c’è stato un aumento di interesse per una classe di materiali LMR caratterizzati da un’esclusiva struttura a strati di O2. In particolare, questi materiali mostrano un decadimento di tensione inferiore rispetto ai convenzionali LMR di tipo O3. Il caratteristico impilamento di O2 offre anche l'opportunità di regolare con precisione la struttura locale del reticolo a nido d'ape intrinsecamente instabile.

Traendo ispirazione da questi risultati, il Prof. Liu e i suoi colleghi hanno tentato di costruire nuovi catodi LMR basati sul tipo O2. L'obiettivo principale dei ricercatori era stabilizzare la caratteristica struttura a nido d'ape dei materiali LMR.