Un team di ricercatori coreani ha sviluppato una tecnologia di elaborazione per massimizzare la densità energetica delle batterie ad alta capacità. Il gruppo di ricerca congiunto, che consiste del Dr. Minah Lee e del Dr. Jihyun Hong del Clean Energy Institute, Korea Institute of Science and Technology (KIST), hanno annunciato lo sviluppo di una tecnologia che fornisce una soluzione semplice a un problema persistente associato ai materiali anodici (-) a base di silicio.

Recentemente, i materiali dell'anodo di silicio in grado di immagazzinare quattro volte più ioni di litio rispetto ai materiali dell'anodo di grafite nelle batterie agli ioni di litio hanno guadagnato crescente attenzione grazie al loro potenziale per migliorare il chilometraggio dei veicoli elettrici. Ma una volta caricato nel ciclo iniziale, una batteria con un anodo a base di silicio perde più del 20% degli ioni di litio che utilizza per l'accumulo di elettricità, che si traduce in un problema di ridotta capacità della batteria. Per risolvere questo problema, ricercatori hanno studiato un metodo di precaricamento del litio, o pre-litiazione, che aggiunge litio extra prima del montaggio della batteria per compensare la perdita di litio durante il ciclo della batteria. Metodi applicati finora, come l'uso di polvere di litio, presentano inconvenienti tra cui rischi per la sicurezza e costi elevati.

Il Dr. Lee e il Dr. Hong di KIST hanno sviluppato una tecnologia che consente il precaricamento degli ioni di litio utilizzando una soluzione contenente litio anziché polvere di litio, prevenire la perdita di litio in un anodo a base di silicio. Immergere un elettrodo nella soluzione su misura per soli cinque minuti è sufficiente per ottenere un pre-caricamento del litio di successo, per cui elettroni e ioni di litio vengono inseriti nell'anodo a base di silicio attraverso una reazione chimica spontanea. A differenza del metodo convenzionale di aggiunta di polvere di litio a un elettrodo che porta a una distribuzione eterogenea del litio, la soluzione di prelitiazione su misura penetra rapidamente in un elettrodo, garantendo la consegna omogenea di litio in ossido di silicio.

L'anodo a base di silicio prelitiato sviluppato dal team di ricerca perde meno dell'1% di litio attivo nella prima carica, ottenendo un'elevata efficienza iniziale della batteria del 99% o superiore. Una batteria prodotta con l'anodo preliticato ha mostrato una densità di energia del 25% superiore a quella di una batteria comparabile che utilizza un anodo in grafite disponibile sul mercato (406 Wh/kg—504 Wh/kg).

Dottor Lee, che ha guidato la ricerca, disse, "Incorporando una tecnica di scienza dei materiali computazionale nella progettazione di una struttura molecolare ottimale, siamo stati in grado di migliorare l'efficienza di un'alta capacità, anodo a base di silicio a passi da gigante con il semplice metodo di controllare solo la temperatura della soluzione e il tempo di reazione. Poiché questa tecnologia è facilmente applicabile al processo roll-to-roll utilizzato negli impianti di produzione di batterie esistenti, il nostro metodo ha il potenziale per ottenere una svolta nell'implementazione di anodi a base di silicio per batterie pratiche".

Il ricercatore co-responsabile Dr. Hong ha detto, "Questo lavoro collaborativo potrebbe essere realizzato perché KIST incoraggia la ricerca congiunta tra i membri di diversi team di ricerca. Questa tecnologia di prelitazione può aumentare il chilometraggio dei veicoli elettrici di un minimo di 100 km in media".