La resistenza di LTO cambia con l'aumento e la diminuzione della pressione, gli inserti mostrano le strutture corrispondenti a diverse regioni di pressione. Indica che LTO subisce transizioni amorfe-distorsione cristallina sotto alta pressione. La resistenza aumenta a pressioni più basse durante la distorsione del reticolo, poi inizia a diminuire bruscamente man mano che l'amorfizzazione avviene a pressioni più elevate. L'LTO amorfo può essere decompresso fino alla pressione ambiente e ha una conduttività molto migliore rispetto all'LTO cristallino. Credito:©Science China Press
Ossido di litio e titanio (Li 4 Ti 5 oh 12 , LTO), un materiale anodico "zero-strain" per batterie agli ioni di litio (LIB), mostra eccellenti prestazioni ciclistiche. Però, mostra scarsa conduttività, che è il principale inconveniente e ne limita le applicazioni. In un recente articolo pubblicato su Rassegna scientifica nazionale , è stato riferito che la compressione statica può migliorare notevolmente la conduttività di LTO mediante amorfizzazione indotta dalla pressione e promuovendo difetti di migrazione ionica per Li+. I risultati suggeriscono che l'LTO amorfo è un materiale anodico migliore per i LIB.
Le batterie ricaricabili agli ioni di litio sono parti cruciali per l'elettronica domestica e i dispositivi portatili come telefoni cellulari e laptop. Si può immaginare come sarebbe la vita che abbiamo oggi senza telefoni cellulari e Internet. Anche le batterie agli ioni di litio (LIB) stanno diventando sempre più popolari per i veicoli elettrici che possono aiutare a ridurre notevolmente l'emissione di CO 2 e diminuire il grave effetto serra sulla terra. Tutte queste esigenze richiedono materiali per batterie agli ioni di litio di qualità superiore con prestazioni migliori come una maggiore capacità, tempo di vita più lungo, costo più basso, eccetera.
Ossido di litio e titanio (Li 4 Ti 5 oh 12 , LTO) lo spinello subisce una variazione di volume trascurabile durante l'inserimento e l'estrazione del litio ed è considerato un materiale anodico "zero-strain" per LIB. Grazie alla sua grande stabilità strutturale, LTO mostra eccellenti prestazioni ciclistiche, rendendolo un anodo promettente per i LIB nei veicoli elettrici e nelle aree di stoccaggio dell'energia su larga scala. Però, LTO mostra una scarsa conduttività elettronica e ionica, limitandone le applicazioni. Perciò, il miglioramento della sua conduttività diventa cruciale.
In un recente articolo di ricerca pubblicato sulla rivista con sede a Pechino Rassegna scientifica nazionale , scienziati del Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research, Istituto di Geochimica, e Istituto di Fisica dell'Accademia Cinese delle Scienze, e la George Mason University, Carnegie Institution di Washington, e Argonne National Laboratory of USA presentano i loro risultati sugli studi di stabilità di fase e conduttività di LTO ad alta pressione. È stato riscontrato che la struttura dello spinello LTO inizia a distorcersi a causa della significativa differenza di compressibilità dei blocchi costitutivi, LiO 6 e TiO 6 ottaedri in LTO a basse pressioni. La forte struttura altamente distorta si trasforma in amorfa alla fine come pressione oltre circa 270 migliaia di volte la normale pressione atmosferica. Sorprendentemente, l'LTO amorfo può essere decompresso fino alla pressione ambiente e mostra una conduttività molto migliore rispetto all'LTO cristallino. "Questi risultati possono offrire una nuova strategia per migliorare la conduttività dell'anodo LTO nelle batterie agli ioni di litio utilizzando una tecnica ad alta pressione". ha detto il dottor Lin Wang, l'autore corrispondente dell'articolo.
Per comprendere il significativo miglioramento della conducibilità nella fase amorfa, le proprietà di trasporto ionico di LTO cristallino e amorfo sono state studiate mediante simulazioni di dinamica molecolare dei primi principi. I calcoli teorici hanno rivelato che la fase amorfa indotta dall'alta pressione può promuovere fortemente la diffusione di Li+ e aumentare la sua conduttività ionica fornendo difetti di migrazione ionica. "Tutti questi risultati aumentano la comprensione della relazione tra la struttura e le proprietà conduttive dell'LTO", ha aggiunto il dott. Wang.
