I ricercatori del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) e delle istituzioni che hanno collaborato hanno studiato i cambiamenti strutturali durante la sintesi dei materiali catodici per le future batterie agli ioni di litio ad alta energia e hanno ottenuto nuove importanti scoperte sui meccanismi di degradazione. Questi risultati potrebbero contribuire allo sviluppo di batterie di capacità molto più elevata, che aumenterebbe quindi l'autonomia dei veicoli elettrici. I risultati sono riportati in Comunicazioni sulla natura .

Finora, la svolta della mobilità elettrica è stata ostacolata da un'autonomia insufficiente dei veicoli, tra gli altri. Potrebbero essere utili batterie agli ioni di litio con una maggiore capacità di carica. "Stiamo sviluppando tali sistemi ad alta energia, "dice il professor Helmut Ehrenberg, Capo dell'Istituto per i materiali applicati - Sistemi di accumulo dell'energia (IAM-ESS). "Basato sulla comprensione fondamentale dei processi elettrochimici nelle batterie e sull'uso innovativo di nuovi materiali, La capacità di stoccaggio delle batterie agli ioni di litio può essere aumentata fino al 30% a nostro avviso." A KIT, questa ricerca è condotta presso il Center for Electrochemical Energy Storage Ulm &Karlsruhe (CELEST), la più grande piattaforma di ricerca tedesca per l'accumulo di energia elettrochimica. Ehrenberg è vice portavoce di CELEST.

La tecnologia agli ioni di litio ad alta energia differisce dalla tecnologia convenzionale per uno specifico materiale del catodo. Invece di ossidi stratificati con rapporti variabili di nichel, manganese, e cobalto che sono stati usati finora, vengono applicati materiali ricchi di manganese con eccesso di litio, che migliorano notevolmente la capacità di accumulo di energia per volume/massa di materiale catodico. Però, l'uso di questi materiali è stato finora associato a un problema.

Durante l'inserimento e l'estrazione di ioni di litio, cioè., funzionamento di base di una batteria, il materiale del catodo ad alta energia si degrada. Dopo un certo tempo, l'ossido stratificato si trasforma in una struttura cristallina con proprietà elettrochimiche altamente sfavorevoli. Come conseguenza indesiderata, la tensione media di carica e scarica diminuisce fin dall'inizio del processo, che ha finora impedito lo sviluppo di batterie agli ioni di litio ad alta energia adatte.

Nuove scoperte sul degrado

L'esatto meccanismo di degradazione era lungi dall'essere compreso completamente. Un team di ricercatori del KIT e delle istituzioni cooperanti ha ora descritto il meccanismo di base in Comunicazioni sulla natura :"Sulla base di studi dettagliati del materiale del catodo ad alta energia, abbiamo scoperto che il degrado non avviene direttamente, ma indirettamente attraverso la formazione di una struttura di salgemma contenente litio finora poco nota, " dice Weibo Hua (IAM-ESS), uno dei principali autori dello studio. "Inoltre, l'ossigeno gioca un ruolo importante nelle reazioni." Oltre a questi risultati, lo studio rivela anche che le nuove scoperte sul comportamento di una tecnologia delle batterie non devono necessariamente derivare direttamente dal processo di degradazione. Weibo e gli altri scienziati coinvolti hanno fatto la loro scoperta in studi condotti durante la sintesi del materiale del catodo.

Questi risultati di KIT segnano un'importante pietra miliare sulla strada verso le batterie agli ioni di litio ad alta energia per le auto elettriche. Consentono di sperimentare nuovi approcci per ridurre al minimo la degradazione negli ossidi stratificati e avviare lo sviluppo vero e proprio di questo nuovo tipo di batteria.