Una nuova regola quantitativa per progettare batterie migliori
La scoperta di un fattore chiave consente la progettazione numerica di elettroliti per migliorare le prestazioni e la sicurezza delle batterie
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Un team di ricerca congiunto dell'Università di Osaka e di Daikin Industries, Ltd. ha identificato un nuovo indicatore cruciale per la progettazione di batterie avanzate agli ioni di litio. Hanno scoperto che il "potenziale chimico dell'elettrolita agli ioni di litio" - una misura di quanto "scomodo" sia un ione di litio all'interno dell'elettrolita di una batteria - determina in modo quantitativo se una batteria può essere caricata e scaricata in modo reversibile. Questa scoperta apre la strada al passaggio da uno sviluppo per tentativi ed errori a un processo di progettazione razionale e basato sui dati per batterie più sicure e performanti.
Schemi delle reazioni dell'elettrodo negativo di grafite in vari elettroliti a seconda del potenziale chimico dell'elettrolita Li+.
2025, Yasuyuki Kondo et al., Electrolyte Li+ Chemical Potential Correlates with Graphite Negative Electrode Reactions in Lithium-Ion Batteries, Advanced Materials
Le batterie agli ioni di litio sono essenziali per la società moderna e alimentano qualsiasi cosa, dagli smartphone ai veicoli elettrici. Per migliorare le loro prestazioni, i ricercatori hanno cercato nuovi elettroliti (il mezzo liquido che trasporta gli ioni). Tuttavia, una sfida importante è stata la mancanza di una linea guida chiara per prevedere se un nuovo elettrolita funzionerà bene con gli elettrodi negativi di grafite comunemente utilizzati in queste batterie. Ciò ha reso lo sviluppo degli elettroliti un processo difficile ed empirico.
Il team di ricerca ha scoperto che la chiave sta nel potenziale chimico degli ioni di litio in un elettrolita. Affinché una batteria si carichi correttamente, gli ioni di litio devono spostarsi dall'elettrolita all'elettrodo di grafite. Il team ha chiarito che questo processo avviene con successo solo quando gli ioni di litio sono sufficientemente "instabili" nell'elettrolita, cioè quando il loro potenziale chimico è elevato. Questa nuova metrica fornisce un chiaro standard numerico per determinare l'idoneità di un elettrolita, ponendo fine alle congetture. I ricercatori hanno inoltre dimostrato che un solvente etereo fluorurato di nuova concezione, progettato sulla base di questo concetto, consente di ottenere eccellenti prestazioni della batteria.
Questa scoperta consente di progettare in modo razionale e altamente efficiente nuovi elettroliti. Integrando il potenziale chimico degli ioni di litio nell'informatica dei materiali, i ricercatori possono prevedere le prestazioni dei nuovi materiali, accelerando notevolmente il processo di sviluppo. Questo accelererà il miglioramento delle prestazioni, della durata e della sicurezza delle batterie utilizzate nelle infrastrutture sociali critiche, come i veicoli elettrici, i sistemi di accumulo di energia rinnovabile e i gruppi di continuità per i centri dati.
"In questo studio abbiamo fatto molto di più che scoprire un nuovo materiale", afferma il dottor Yasuyuki Kondo, autore principale dello studio. "Abbiamo identificato il fattore che regola effettivamente le reazioni di carica e scarica nelle batterie agli ioni di litio. Ci auguriamo che i nostri risultati accelerino la ricerca e lo sviluppo delle batterie in futuro e contribuiscano a risolvere le sfide energetiche ed economiche del mondo".
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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