Ricercatori dell'Istituto tedesco di tecnologia Karlsruhe (KIT) ha pubblicato un articolo su Nature Communications che spiegava il meccanismo di degradazione del catodo nelle batterie agli ioni di litio ad alta energia. La ricerca è stata condotta nell'ambito dello sviluppo di batterie con maggiore capacità ed efficienza. Senza una comprensione accurata dei processi di degradazione del catodo, è impossibile aumentare con successo la capacità delle batterie con la massima efficienza, necessaria per lo sviluppo dei veicoli elettrici. Gli scienziati sono fiduciosi che le conoscenze acquisite consentiranno di aumentare la capacità delle batterie agli ioni di litio del 30%.
Le batterie ad alte prestazioni per applicazioni automobilistiche e di altro tipo richiedono una struttura catodica diversa. Nelle moderne batterie agli ioni di litio, il catodo è una struttura multistrato di ossidi con rapporti variabili di nichel, manganese e cobalto. Le batterie ad alta energia richiedono catodi arricchiti di manganese con un eccesso di litio, che aumenta la capacità di immagazzinare energia per unità di volume/massa di materiale catodico. Ma tali materiali erano soggetti a un rapido degrado.
Durante il normale funzionamento, quando il catodo si arricchisce o perde ioni di litio, il materiale del catodo ad alta energia viene distrutto. Dopo un certo tempo l'ossido stratificato si trasforma in una struttura cristallina con proprietà elettrochimiche estremamente sfavorevoli. Ciò si verifica già nelle prime fasi di funzionamento della batteria, il che porta ad una rapida diminuzione dei valori medi di carica e scarica.
In una serie di esperimenti, gli scienziati tedeschi hanno scoperto che la degradazione non avviene direttamente, ma indirettamente attraverso la formazione di reazioni difficili da determinare con la formazione di sali solidi contenenti litio. Inoltre, l'ossigeno sembra svolgere un ruolo importante nelle reazioni. I ricercatori sono stati anche in grado di trarre nuove conclusioni sui processi chimici nelle batterie agli ioni di litio che potrebbero non portare alla degradazione del catodo. Utilizzando i risultati ottenuti, gli scienziati sperano di ridurre al minimo la degradazione del catodo ed eventualmente sviluppare un nuovo tipo di batteria con maggiore capacità.
Fonte: 3dnews.ru