Tutti vogliono più piccoli, più economico, batterie più durature. Trovane uno che abbia anche maggiore sicurezza e stabilità, e tu hai il Santo Graal delle batterie migliori.

Le batterie agli ioni di litio sono state le preferite dagli smartphone, compresse, computer portatili, fotocamere e utensili elettrici ricaricabili da decenni. Ma hanno anche degli svantaggi, come "fuga termica" in cui una batteria si guasta o prende fuoco a causa dell'accumulo di troppo calore.

Per anni, i ricercatori hanno cercato la fonte del problema del calore e come risolvere la volatilità associata. Dopo tre anni di simulazione dei materiali, sintesi, caratterizzazione e test delle prestazioni della batteria, I ricercatori dell'Università del Texas a Dallas hanno scoperto che il problema con le batterie agli ioni di litio non è all'interno dei materiali della batteria.

"Si scopre che il problema è solo la superficie dei materiali del catodo della batteria, " ha detto il dottor Kyeongjae "K.J." Cho, professore di scienza e ingegneria dei materiali presso la Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science. "L'interno è a posto. Questo ci dà una grande speranza di riuscire a capire come stabilizzare la superficie e realizzare batterie ad alta capacità davvero una realtà".

Cho e i suoi colleghi hanno descritto le loro scoperte nell'edizione cartacea della rivista del 10 gennaio Materiali energetici avanzati .

Cho ha affermato che le batterie ad alta densità di energia hanno un prezzo elevato:maggiore volatilità.

"Quando una batteria viene costantemente caricata e ricaricata, il materiale inizia a degradarsi. L'energia rilasciata provoca il riscaldamento, e la batteria prende fuoco. Questo è essenzialmente il problema della sicurezza, " Egli ha detto.

Le buone notizie?

"Solo la superficie dei materiali della batteria è instabile e pericolosa. Se questo può essere risolto, può essere riparato, " Egli ha detto.

Durante i cicli costanti di carica e ricarica, i gas di ossigeno vengono rilasciati dalla superficie dei materiali della batteria. Durante quel processo, il percorso per il trasporto degli ioni di litio dall'interno verso l'esterno può essere bloccato da polvere di nichel metallico, che viene generato insieme al rilascio di gas, disse Cho.

"Quando c'è un blocco, non c'è modo di trasferire gli ioni di litio sulla superficie che vogliono entrare e uscire. Ciò porta a un rapido decremento della capacità della batteria. All'aumentare della quantità di calore, aumentano anche le possibilità di incendi ed esplosioni, " Egli ha detto.

così semplice, eppure profondo, la scoperta sulla superficie dei materiali delle batterie potrebbe cambiare il modo in cui i produttori li costruiscono. Cho suggerisce che forse potrebbe essere aggiunto un rivestimento di ossido ben progettato sulla superficie della batteria.

"Le modifiche potrebbero portare a mantenere una carica per un periodo di tempo più lungo, " Cho ha detto. "Questo è il problema che l'industria sta cercando di risolvere in questo momento per la prossima generazione di batterie agli ioni di litio. È molto eccitante, e stiamo lavorando alla fase successiva".

Fantai Kong Ph.D.'17, autore principale dello studio ed ex studente di Cho, è un ingegnere senior presso la Hunt Energy Enterprises di Dallas e lavora su progetti di stoccaggio di energia e materiali su larga scala. Ha detto che risolvere il problema del calore nelle batterie potrebbe portare a una capacità del 20-30% in più.

"Siamo proprio alle soglie della redditività commerciale. Potrebbe esserci un prodotto commerciale tra qualche anno, " disse Kong.

Sulla base delle nuove scoperte, Cho ha affermato che c'è un certo interesse del settore nel lavorare con il gruppo UT Dallas sui materiali catodici di nuova generazione per le batterie dei veicoli elettrici. Il gruppo di Cho sta anche collaborando con il Naval Research Laboratory degli Stati Uniti su un progetto di ricerca di follow-up per aumentare la capacità e la sicurezza dei materiali catodici.