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23.09.20 - 06:000

Titanato di litio per batterie a ricarica ultrarapida

Uno studio ha registrato il movimento esatto degli ioni di litio nel titanato aprendo nuove prospettive in questo campo

Un team di scienziati del Brookhaven National Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti e del Lawrence Berkeley National Laboratory è riuscito a registrare in tempo reale il modo in cui gli ioni di litio si muovono nel titanato di litio (LTO). Questo è un materiale in litio, titanio e ossigeno adoperato per realizzare l’anodo delle batterie a ricarica ultrarapida di prossima generazione e che si ritiene possano sostituire quelle attuali agli ioni di litio.

Grazie a questo innovativo studio, pubblicato sulle pagine di Science, i ricercatori sono riusciti a scoprire che le disposizioni distorte degli atomi all’interno delle singole molecole del litio e degli atomi circostanti a cui è legato, negli stati “intermedi” di concentrazione tra la fase iniziale e quella finale, forniscono una sorta di “corsia preferenziale” per il trasporto degli ioni litio, permettendo in tal modo una ricarica più veloce della batteria.

«Bastano pochi minuti per riempire il serbatoio di un’auto, ma sono necessarie diverse ore per caricare la batteria di un veicolo elettrico. Capire come far muovere gli ioni di litio più velocemente nei materiali degli elettrodi è un grosso problema, in quanto potrebbe aiutarci a costruire batterie migliori con tempi di ricarica notevolmente ridotti», ha affermato Feng Wang, scienziato dei materiali nel dipartimento di scienze interdisciplinari del Brookhaven Lab e autore della ricerca.

Lo studio è stato possibile grazie alla progettazione di una cella elettrochimica per operare all’interno di un microscopio elettronico a trasmissione. Questa cella elettrochimica ha permesso agli scienziati di condurre una spettroscopia a perdita di energia durante la fase di carica e scarica di una batteria. I dati così analizzati hanno portato a comprendere che il litio titanato ha configurazioni intermedie metastabili in cui gli atomi non si ritrovano nella loro solita disposizione a livello locale. Tali distorsioni “poliedriche” locali abbassano le barriere energetiche, fornendo così un percorso attraverso cui gli ioni di litio possono viaggiare molto rapidamente.

Nelle batterie agli ioni di litio più evolute si utilizza la grafite come anodo, ma per la realizzazione di batterie a ricarica ultra rapida il titanato di litio rappresenta un’alternativa più che interessante, in quanto è in grado di ospitare rapidamente gli ioni di litio senza soffrire del fenomeno della placcatura, ovvero la deposizione di litio sulla superficie dell’elettrodo invece che internamente e che alla lunga diminuisce le prestazioni della batteria stessa.

Pertanto, la scoperta che il titanato di litio funziona addirittura meglio della grafite si rivela davvero fondamentale perché apre la strada allo sviluppo di materiali più efficienti per gli elettrodi di nuova generazione, consentendo la realizzazione di batterie a ricarica super rapida per i dispositivi elettronici del prossimo futuro, dai notebook agli smartphone fino ai veicoli elettrici.

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