Uno studio dell'Università Nazionale di Hanbat dimostra che il disordine cationico potrebbe migliorare i catodi ricchi di litio
Gli esperimenti dimostrano che una struttura disordinata migliora il trasporto del litio, impedendo al contempo il deterioramento delle prestazioni
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I materiali catodici ricchi di litio rappresentano candidati promettenti per le batterie di nuova generazione, poiché sono in grado di immagazzinare una quantità di carica notevolmente superiore rispetto ai materiali attualmente utilizzati nei veicoli elettrici e nei dispositivi elettronici. Poiché la capacità del catodo è un fattore determinante per la quantità di energia che una batteria può immagazzinare, i materiali ricchi di litio potrebbero portare, in futuro, alla realizzazione di batterie con una maggiore densità energetica, consentendo a telefoni, computer portatili e veicoli elettrici di funzionare più a lungo con una singola ricarica.
Tuttavia, i catodi ricchi di litio devono affrontare un problema di lunga data. Durante la carica e la scarica, gli ioni dei metalli di transizione, come il nichel e il manganese, possono allontanarsi dalle loro posizioni originali nella struttura cristallina. Questi ioni in migrazione possono ostruire i percorsi che gli ioni di litio devono percorrere, rallentando il movimento del litio e contribuendo a una perdita irreversibile di prestazioni nel corso di cicli ripetuti. Gli scienziati hanno cercato per lo più di affrontare questo problema preservando una struttura cristallina ordinata nel catodo, partendo dal presupposto che una disposizione ordinata avrebbe offerto al litio un percorso più libero attraverso cui muoversi. Ma se l’approccio opposto fosse migliore?
In un recente studio pubblicato su *Energy Storage Materials*, un gruppo di ricerca guidato dal professor Kyojin Ku del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali dell’Università Nazionale di Hanbat, in Corea, ha approfondito questa questione alterando intenzionalmente la struttura atomica di un catodo ricco di litio. Il loro lavoro è stato reso disponibile online il 18 luglio 2026 ed è apparso nel volume 90 della rivista il 1° agosto 2026.
Il team si è concentrato sul Li1,2Ni0,4Mn0,4O₂, una composizione a base di nichel e manganese che evita l’uso di metalli costosi come il cobalto. Questa particolare composizione forma normalmente una struttura a strati ben ordinata, in cui gli ioni di litio e dei metalli di transizione (nichel e manganese) si trovano su piani separati. Per ottenere la forma disordinata desiderata, i ricercatori hanno utilizzato una macinazione a sfere ad alta energia con due materiali di partenza stratificati e strutturalmente compatibili. Questo processo meccanochimico ha alterato la disposizione dei cationi, dando origine a una struttura cristallina in cui gli ioni di litio e dei metalli di transizione sono distribuiti in modo più casuale. «A nostra conoscenza, questa è la prima volta che questo tipo di composizione viene realizzata in forma disordinata», osserva il prof. Ku.
Confrontando il materiale disordinato con la sua controparte ordinata, i ricercatori hanno scoperto che la versione disordinata mostrava un comportamento di carica-scarica più simmetrico, offriva una maggiore capacità e funzionava meglio in presenza di correnti elevate. Inoltre, ha dimostrato un funzionamento stabile, conservando circa il 90% della sua capacità iniziale dopo 50 cicli senza alcuna riduzione di tensione.
Un’analisi teorica e computazionale dettagliata ha contribuito a spiegare i miglioramenti osservati. “Rimescolando deliberatamente gli atomi in una disposizione disordinata a sale di roccia, abbiamo disaccoppiato il movimento del litio da quello dannoso dei metalli di transizione», spiega il prof. Ku. «Il litio continua a fluire in modo efficiente attraverso una rete interconnessa di percorsi aperti, mentre i metalli di transizione rimangono di fatto bloccati in posizione e non possono più ostruire tali percorsi».
Nel complesso, i risultati indicano un approccio innovativo e di grande impatto per lo sviluppo di catodi a maggiore densità energetica. «Abbiamo dimostrato che il disordine cationico può essere utilizzato come strumento ingegneristico mirato per risolvere un problema che da anni frena l’intera famiglia dei materiali per batterie ad alta energia», conclude il prof. Ku. «Se questo principio venisse ulteriormente sviluppato, potrebbe contribuire ad avvicinare i catodi ricchi di litio a un reale impiego commerciale, aprendo la strada a batterie di maggiore durata per i veicoli elettrici e lo stoccaggio di energia».
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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