Le batterie ricaricabili agli ioni di litio (LIB) sono considerate la migliore speranza per la tecnologia delle batterie di prossima generazione, grazie al loro lungo ciclo di vita, elevata potenza specifica e densità di energia. Però, non hanno soddisfatto le richieste sempre crescenti delle tecnologie emergenti come i veicoli elettrici. La tecnologia delle batterie Li-Se è sempre più considerata una vera alternativa ai LIB a causa della sua elevata capacità di volume teorico e conduttività molto più elevata.

Nel primo studio di questo tipo, pubblicato da Comunicazioni sulla natura rivista, ingegneri dell'Advanced Technology Institute (ATI) del Surrey, in collaborazione con il team della University Technology di Sydney, spiegano in dettaglio come hanno utilizzato un catalizzatore a singolo atomo per creare catodi altamente efficaci per batterie Li-Se. Dimostrano che le loro batterie hanno una capacità di velocità superiore e prestazioni ciclistiche eccezionali a lungo termine.

Il team del Surrey controllava delicatamente le particelle di struttura imidazolata zeolitica (ZIF) che erano posizionate sulla superficie delle sfere di polistirene. Il core-shell dello ZIF è stato quindi convertito in un materiale di carbonio strutturato cavo.

Attraverso un'ulteriore messa a punto, il team dell'ATI ha prodotto con successo un elettrocatalizzatore atomico al cobalto, carbonio cavo poroso drogato con azoto, nanoparticelle cave porose di carbonio e cobalto drogate con azoto. Incorporando il selenio in particelle di carbonio strutturate cave, sono stati prodotti compositi carbonio/selenio.

Gli elettrocatalizzatori atomici al cobalto sono stati utilizzati come materiali catodici per le batterie Li-Se e hanno mostrato chiaramente prestazioni elettrochimiche superiori, inclusa una capacità di velocità superiore (311 mA h g ⁻¹ a 50 C) e un'eccellente stabilità in bicicletta (267 mA h g ⁻¹ dopo 5000 cicli con un decadimento della capacità dello 0,0067% per ciclo a una densità di corrente di 50 C) con un'efficienza coulombiana di ~100%.

Dott. Jian Liu, uno degli autori principali e professore associato di materiali energetici presso l'ATI, disse:

"Crediamo davvero che il nostro materiale sintetizzato drogato con cobalto atomico possa spianare la strada alle batterie al litio e selenio per diventare la tecnologia di riferimento per le generazioni future. Sebbene i nostri risultati siano incredibilmente incoraggianti, c'è ancora molta strada da fare per realizzare il nostro sogno di alta capacità, la tecnologia delle batterie sostenibili una realtà."

Professor Ravi Silva, direttore dell'ATI presso l'Università del Surrey, disse:

"Siamo incredibilmente orgogliosi del lavoro altamente creativo ed eccellente che il team del Dr. Liu ha prodotto, un pezzo di ricerca che potrebbe essere un momento decisivo per lo sviluppo della tecnologia delle batterie sostenibili".