un metodo di prelitiazione chimica per massimizzare l'ICE degli anodi della miscela utilizzando una soluzione complessa di Li-arene riduttiva di potere di solvatazione regolato, che consente a una cella piena di esibire una densità di energia quasi ideale. Credito:Korea Institute of Science and Technology (KIST)
Quando la sua batteria è completamente carica, un dispositivo elettronico normalmente indicherà che è al 100% della capacità. Però, questo valore rappresenta solo il 70–90% della densità energetica teorica che può essere immagazzinata nelle batterie, a causa della perdita permanente di ioni di litio che si verifica durante la carica iniziale nella fase di stabilizzazione (formazione) della produzione della batteria. Prevenendo questa perdita iniziale di ioni Li, il chilometraggio dei veicoli elettrici (EV) e il tempo di utilizzo degli smartphone possono essere drasticamente aumentati.
Nel tentativo di superare questo problema, un gruppo di ricerca congiunto presso il Korea Institute of Science and Technology (KIST), guidato dalla dott.ssa Minah Lee del Center for Energy Storage Research, Dr. Jihyun Hong del Centro per la ricerca sui materiali energetici, e il Dr. Hyangsoo Jeong del Centro per la ricerca sulle cellule idrogeno-combustibili, ha sviluppato una soluzione di pretrattamento degli elettrodi in grado di ridurre al minimo questa perdita iniziale di ioni di litio nell'ossido di grafite-silicio (SiO X , 0,5 ≤ x ≤ 1,5) anodi compositi. Dopo essere stato immerso nella soluzione, l'anodo, che era composto per il 50% da SiO X , ha dimostrato una perdita di Li trascurabile, consentendo a una cella piena di mostrare una densità di energia quasi ideale.
Mentre la maggior parte delle batterie al litio commerciali ha un anodo di grafite, SiO X ha riscosso una notevole attenzione come materiale di nuova generazione per anodi grazie alla sua elevata capacità, che è da cinque a 10 volte maggiore della grafite. Ancora, SiO X inoltre consuma irreversibilmente il triplo di Li attivo rispetto alla grafite. Di conseguenza, un elettrodo composito, costituito da una miscela di grafite e SiO X , sta ora ottenendo il riconoscimento come alternativa per gli anodi pratici di prossima generazione. Però, mentre vi è stato un corrispondente aumento della capacità di grafite-SiO X elettrodi compositi a rapporti più elevati di SiO X , c'è stato anche un aumento della perdita di Li iniziale. Di conseguenza, il rapporto di SiO X contenuto in una grafite-SiO X elettrodo composito è stato limitato al 15%, poiché l'aumento del rapporto al 50% comporterebbe una perdita iniziale di Li del 40%.
Un ricercatore del KIST conduce un esperimento per valutare le batterie ad alta capacità dopo la prelitiazione. Credito:Korea Institute of Science and Technology (KIST)
Per ottenere contemporaneamente un'elevata capacità e un'elevata efficienza iniziale, gli scienziati hanno proposto vari metodi di prelitiazione che comportano il pre-doping di Li extra nell'anodo. Il team di ricerca del Dr. Minah Lee presso KIST ha sviluppato un processo in cui l'elettrodo viene immerso in una soluzione unica per mitigare il consumo di Li da parte del SiO X elettrodo. Il team ha quindi applicato questo processo a una grafite-SiO X materiale composito con un notevole potenziale di commercializzazione.
Il team di ricerca ha scoperto che le soluzioni di pretrattamento sviluppate in precedenza causerebbero l'inserimento involontario di molecole di solvente con ioni Li nella grafite, grazie alla versatile capacità di intercalazione della grafite. Questa intercalazione di grandi molecole di solvente ha portato alla rottura strutturale della grafite-SiO X elettrodo composito. Per prevenire il guasto dell'elettrodo, i ricercatori hanno sviluppato una nuova soluzione utilizzando un solvente debolmente solvatante per ridurre l'interazione tra il solvente e gli ioni di litio. Questa soluzione ha consentito l'inserimento selettivo di ioni Li nei materiali attivi, garantire una fornitura stabile di Li aggiuntivo alla grafite-SiO X elettrodo composito.
Il consumo iniziale di Li è stato completamente evitato dopo la grafite-SiO X l'elettrodo è stato immerso nella soluzione sviluppata dal team di ricerca per circa 1 minuto, anche al 50% di SiO X rapporto. Di conseguenza, l'elettrodo ha mostrato un'elevata efficienza iniziale di quasi il 100%, indicando una perdita trascurabile di Li (≤ 1%) nella carica iniziale. Gli elettrodi sviluppati attraverso questo processo avevano una capacità 2,6 volte superiore rispetto agli anodi di grafite convenzionali, pur mantenendo l'87,3% della capacità iniziale dopo 250 cicli di carica/scarica.
La dottoressa Minah Lee del KIST ha detto:"Come risultato di questo studio, dovremmo essere in grado di aumentare la SiO X contenuto in grafite-SiO X anodi compositi oltre il 50%, rispetto al rapporto del 15% consentito dai materiali convenzionali, rendendo possibile la produzione di batterie agli ioni di litio con una maggiore capacità e migliorare il chilometraggio dei futuri veicoli elettrici." Dr. Jihyun Hong, un co-ricercatore presso KIST, detto anche, "La tecnologia è sicura e adatta alla produzione di massa, e quindi è suscettibile di essere commercializzato."
