I ricercatori sviluppano una strategia insolita per aumentare le prestazioni delle batterie
Perfettamente imperfetto: il disordine nei materiali consente una ricarica ultraveloce
Guidati dal Prof. Dr. Nicola Pinna e dalla Dr.ssa Patrícia Russo del Dipartimento di Chimica della Humboldt-Universität zu Berlin (HU), gli scienziati sono riusciti a sconvolgere in modo mirato l'ordine atomico delle batterie. Il risultato: anodi ad alte prestazioni per batterie agli ioni di litio e di sodio con un'eccezionale velocità di carica e stabilità, un passo decisivo verso sistemi di accumulo di energia più sicuri e duraturi.
L'imperfezione come strumento di progettazione dei materiali
I materiali tradizionali per batterie si basano su strutture cristalline altamente ordinate per fornire percorsi prevedibili per il trasporto degli ioni. Tuttavia, tale perfezione ha spesso il costo di rigidità strutturale, mobilità ionica limitata e scarse prestazioni ad alte velocità di carica. In due studi pubblicati su Nature Communications e Advanced Materials, i ricercatori sono riusciti a capovolgere il paradigma: la loro ricerca dimostra che il disordine mirato - non l'ordine - può migliorare la conduttività ionica, aumentare la stabilità dei cicli e sbloccare nuovi meccanismi di stoccaggio delle batterie. Allontanandosi dalle regole di progettazione convenzionali, l'approccio del team potrebbe ridefinire le strategie di progettazione dei materiali in tutto il campo. "I nostri risultati dimostrano che l'imperfezione mirata può essere un potente strumento nella progettazione dei materiali", afferma il professor Nicola Pinna. La dott.ssa Patrícia Russo ha aggiunto: "Rompendo deliberatamente l'ordine atomico, stiamo aprendo strade completamente nuove per batterie ad alte prestazioni più potenti, più durature e quindi più sostenibili".
Nuove prospettive per le auto elettriche, l'archiviazione dei dati e la tecnologia delle batterie
Il team ha sviluppato nuovi materiali per batterie più potenti e durature attraverso il disordine strutturale negli ossidi di niobio-tungsteno e l'amorfizzazione controllata - che descrive la transizione del materiale a uno stato disordinato - nel niobato di ferro. È stato prodotto un materiale particolarmente resistente per le batterie agli ioni di litio: Anche dopo 1.000 cicli di ricarica, viene mantenuta gran parte delle prestazioni originali. È stato inoltre sviluppato un nuovo tipo di materiale per le batterie agli ioni di sodio, un'alternativa più ecologica. Si modifica in modo significativo alla prima carica, ma conserva strutture importanti. Ciò consente di ottenere una capacità di accumulo molto elevata e una lunga durata di oltre 2.600 cicli di carica con prestazioni pressoché identiche.
La combinazione di anodi di litio disordinati e anodi di sodio amorfi apre nuove prospettive per la ricarica ultraveloce dei veicoli elettrici, soluzioni di stoccaggio stazionario per le energie rinnovabili e alternative sicure alle precedenti tecnologie di batteria. Gli studi sottolineano il potenziale dei principi di progettazione atomica per risolvere i problemi energetici globali.
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Pubblicazione originale
Liu, Y., Buzanich, A. G., Montoro, L. A., Liu, H., Liu, Y., Emmerling, F., Russo, P. A., Pinna, N. „A Partially Disordered Crystallographic Shear Block Structure as Fast-Charging Anode Material for Lithium-Ion Batteries.“ Nat. Commun. 16, 6507 (2025).
Liu, Y., Buzanich, A. G., Alippi, P., Montoro, L. A., Lee, K-S., Jeon, T., Weißer, K., Karlsen, M.A., Russo, P. A., Pinna, N.; ‘FeNb2O6 as a High-Performance Anode for Sodium-Ion Batteries Enabled by Structural Amorphization Coupled with NbO6 Local Ordering.’ Adv. Mater. e04100, (2025)
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