Ricarica più rapida, maggiore durata di vita
Una batteria di nuova generazione grazie a POSTECH e KIER
Con la continua crescita della domanda di batterie in grado di garantire una carica ultraveloce e un'elevata densità energetica in vari settori, dai veicoli elettrici ai sistemi di accumulo di energia (ESS) su larga scala, un team di ricerca congiunto del POSTECH (Pohang University of Science and Technology) e del Korea Institute of Energy Research (KIER) ha sviluppato un promettente materiale anodico di nuova generazione che può rispondere a queste esigenze critiche.
Comportamento degli anodi nanocompositi di carbonio-stagno duro nelle batterie agli ioni di litio e di sodio
POSTECH
Sebbene la grafite, il materiale anodico più comune nelle batterie agli ioni di litio (LIB), offra una robusta stabilità strutturale, è limitata dalla sua bassa capacità teorica e dalla lentezza dei tassi di carica/scarica. Per superare queste limitazioni, i ricercatori hanno proposto un nuovo design di elettrodo che combina il carbonio duro con lo stagno (Sn).
Il carbonio duro è un materiale di carbonio disordinato con un'abbondanza di micropori e percorsi che facilitano la rapida diffusione di ioni di litio e sodio. Questa struttura consente sia un elevato accumulo di energia che una robustezza meccanica, rendendolo ideale per applicazioni ad alta velocità e lunga durata.
Tuttavia, l'incorporazione dello stagno ha rappresentato un'altra sfida. Quanto più piccole sono le particelle di stagno, tanto più efficacemente si riduce la problematica espansione di volume durante i cicli, migliorando la stabilità complessiva. Purtroppo, il basso punto di fusione dello stagno (∼230 °C) rende difficile la sintesi di particelle così fini. Il team di ricerca ha affrontato questo problema utilizzando un processo sol-gel seguito da una riduzione termica, riuscendo a incorporare nanoparticelle di stagno uniformemente distribuite al di sotto dei 10 nm all'interno della matrice di carbonio duro.
La struttura composita risultante mostra una sinergia funzionale che va oltre la semplice miscelazione fisica. Le nanoparticelle di stagno non solo agiscono come materiali attivi, ma servono anche come catalizzatori che promuovono la cristallizzazione del carbonio duro circostante. Durante i cicli elettrochimici, la formazione reversibile di legami Sn-O contribuisce ad aumentare la capacità della batteria attraverso reazioni di conversione.
L'elettrodo ingegnerizzato ha dimostrato prestazioni eccellenti nelle celle agli ioni di litio, mantenendo un funzionamento stabile per oltre 1.500 cicli in condizioni di carica rapida di 20 minuti e raggiungendo una densità di energia volumetrica 1,5 volte superiore rispetto agli anodi di grafite convenzionali. Questo risultato rappresenta un'integrazione riuscita di alta potenza, alta energia e lunga durata in un unico elettrodo.
L'elettrodo mostra inoltre prestazioni eccezionali nelle batterie agli ioni di sodio (SIB). Gli ioni di sodio mostrano generalmente una scarsa reattività con i materiali anodici convenzionali, come la grafite o il silicio. Tuttavia, la struttura del nano-composito di carbonio-stagno mantiene un'eccellente stabilità e una cinetica veloce in ambienti con sodio, sottolineando la sua versatilità in diverse piattaforme di batterie.
Il professor Soojin Park del POSTECH ha dichiarato: "Questa ricerca rappresenta una nuova pietra miliare nello sviluppo di batterie ad alte prestazioni di prossima generazione e promette applicazioni nei veicoli elettrici, nei sistemi ibridi e negli ESS su scala di rete". Il dottor Gyujin Song del KIER ha aggiunto: "La realizzazione di un anodo con potenza, stabilità e densità energetica elevate, insieme alla sua compatibilità con i sistemi agli ioni di sodio, segna una svolta nel mercato delle batterie ricaricabili".
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
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