Un gruppo di ricerca, che utilizza elementi poco costosi, ha dimostrato la fattibilità della sintesi di materiali per elettrodi per batterie agli ioni di litio (LIB). Se esplorato ulteriormente, questo metodo potrebbe ridurre la dipendenza industriale da metalli rari come il cobalto e il nichel.

I dettagli dei loro risultati sono stati pubblicati in ACS Applied Energy Materials l'11 aprile 2022.

I metalli rari sono ampiamente utilizzati perché formano una struttura cristallina adatta per il componente chiave dei LIB:i materiali catodici. In questi materiali il litio si estrae/inserisce facilmente e in modo reversibile.

Gli scienziati hanno cercato a lungo il modo di incorporare altri elementi poco costosi nella struttura cristallina. Eppure, proprio come solo una certa quantità di sale si dissolve nell'acqua, la solubilità di altri elementi è limitata.

Il gruppo di ricerca, guidato dal professor Tetsu Ichitsubo dell'Istituto per la ricerca sui materiali (IMR) dell'Università di Tohoku, ha adottato una strategia diversa. Sfruttando il guadagno di energia dall'"entropia configurazionale" - lo stato di casualità di un materiale - hanno ampliato la solubilità degli elementi costitutivi, sintetizzando nuovi materiali per elettrodi di composizione:LiCr_1/4 Mn_1/4 Co_1/4 Ni_1/4 O₂ e LiCr_1/5 Mn_1/5 Fe_1/5 Co_1/5 Ni_1/5 O₂ . Ciò ha ridotto significativamente l'uso di cobalto e nichel.

"Il nostro approccio sblocca il potenziale di altri elementi inutilizzati e ci consentirà di ottimizzare le proprietà di più elettrodi contemporaneamente grazie a design dei materiali flessibili", afferma Ichitsubo.

I materiali sintetizzati dal nuovo metodo possono anche migliorare la sicurezza dei LIB. Tomoya Kawaguchi, assistente professore all'IMR e corrispondente autore dell'articolo, afferma:"L'aumento dell'entropia configurazionale aumenta anche teoricamente la stabilizzazione del materiale dell'elettrodo, contribuendo alla sicurezza dell'intera batteria".

Ichitsubo e il suo gruppo hanno anche chiarito i meccanismi di degradazione che interessano il ciclo della batteria con questi nuovi materiali. Ciò servirà come linea guida per lo sviluppo di nuovi materiali ad alte prestazioni utilizzando la strategia dell'alta entropia.

Sebbene al momento la cyclability e la capacità non corrispondano ai LIB convenzionali, la capacità di sintetizzare nuovi materiali per elettrodi apre ulteriori strade per la ricerca sui LIB. + Esplora ulteriormente

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