L'Università di Cambridge sviluppa nuovi materiali per batterie al litio | rendendo più veloce la ricarica

I ricercatori dell'Università di Cambridge hanno appena identificato una nuova serie di materiali che possono essere utilizzati per produrre batterie di maggiore potenza e hanno scoperto che gli ioni di litio possono penetrare nella complessa microstruttura di materiali di ossido di tungsteno di tantalio a velocità molto superiori ai materiali tipici degli elettrodi. In altre parole, questa scoperta potrebbe diventare la chiave per costruire la prossima generazione di batterie agli ioni di litio, che dovrebbero completare il caricamento in pochi minuti (anziché in ore) e non Surriscaldamento pericoloso

Studio Figura 1: Nb ₁₆W₅O₅₅E Nb ₁₈W₁₆O₉₃Morfologia della struttura cristallina / delle particelle

Le batterie agli ioni di litio sono state usate continuamente e ampiamente dagli anni 1990. Sfortunatamente, la loro densità di energia è aumentata solo del 3-4% all'anno - molto al di sotto delle aspettative dei produttori di veicoli elettrici e di elettronica di consumo.

Ancora più importante, questi miglioramenti derivano solitamente dall'ottimizzazione del materiale di imballaggio, non dall'elettrodo stesso, una strategia che difficilmente può compensare un altro svantaggio intrinseco della tecnologia della batteria: la velocità di ricarica è lenta.

Per aumentare la velocità di carica, è necessario accelerare la velocità di flusso degli ioni di litio caricati dall'elettrodo positivo all'elettrodo negativo: gli scienziati hanno cercato di raggiungere questo obiettivo stabilendo nanostrutture speciali all'interno degli elettrodi:

Questo è progettato per ridurre la distanza percorsa dagli ioni di litio, ma le tue particelle sono difficili e costose da usare e creano anche reazioni chimiche indesiderate che riducono la durata della batteria.

Studio Figura 2: Proprietà elettrochimiche di due materiali

Negli ultimi risultati di Cambridge, i ricercatori hanno utilizzato approcci diversi:

Ha scelto una particella più grande con una struttura rigida a colonna aperta: questa struttura consente agli ioni di litio di muoversi senza impedimenti in grandi quantità, aumentando il loro rendimento di diversi livelli.

Nuovi materiali per elettrodi possono anche essere un'alternativa più sicura:

L'elettrodo negativo nella maggior parte delle batterie agli ioni di litio è in grafite, mentre nella ricarica ad alta velocità si formano i dendriti, in particolare la microstruttura delle fibre di litio.

I dendriti possono causare cortocircuiti o addirittura incendi nelle batterie, ma i nuovi materiali per elettrodi di Cambridge non lo fanno.

Studio Figura 9: Aspettative di ossidi di tungsteno ternario alla rinfusa e in bronzo e confronto elettrochimico con ossidi di cerio binari.

La professoressa Chiara, una ricercatrice senior, ha dichiarato:

Nelle applicazioni di riempimento rapido, la sicurezza è un luogo che richiede maggiore attenzione: questo tipo di potenziale nuovo materiale merita sicuramente di essere visto perché abbiamo bisogno di un'alternativa più sicura alla grafite.

Inoltre, i nano-fattori richiedono la realizzazione di più passaggi, con conseguenti rendimenti estremamente bassi e problemi di scalabilità.

Al contrario, il tantalio ossido di tungsteno è più semplice da fabbricare e non richiede sostanze chimiche o solventi aggiuntivi. Naturalmente, abbiamo ancora molto lavoro da fare prima di metterlo in pratica.