Le batterie al litio sono utilizzate per alimentare la maggior parte dei veicoli elettrici esistenti, tuttavia, il tempo che possono far funzionare un veicolo prima di dover essere ricaricato è ancora piuttosto limitato. Nel futuro, i materiali del catodo di ossido stratificato ad alto contenuto di nichel potrebbero aiutare ad aumentare l'autonomia di guida dei veicoli elettrici, consentendo lo sviluppo di batterie agli ioni di litio più economiche e più performanti.

Al momento, la maggior parte delle batterie agli ioni di litio disponibili in commercio utilizza una quantità significativa di cobalto in uno dei loro elettrodi. Eppure il cobalto è costoso e non particolarmente abbondante in natura, che aumenta significativamente i costi di fabbricazione delle batterie a base di litio.

Scienziati di tutto il mondo hanno recentemente cercato di identificare nuove strategie di progettazione che potrebbero facilitare l'uso diffuso di queste batterie, poiché ciò potrebbe a sua volta ridurre i prezzi dei veicoli elettrici e aumentare la probabilità della loro adozione su larga scala. Ciò può essere ottenuto in definitiva identificando materiali più abbondanti che potrebbero essere utilizzati nelle batterie a base di litio, inventare nuove composizioni, ideare nuovi processi produttivi e introdurre progetti strutturali alternativi.

In un articolo pubblicato su Energia della natura , i ricercatori dell'Università del Texas ad Austin hanno delineato diverse considerazioni di progettazione per catodi di ossido stratificato ad alto contenuto di nichel che potrebbero essere implementati nelle batterie a base di litio nel prossimo decennio circa. Il loro studio riassume alcune delle sfide che si incontrano tipicamente quando si cerca di massimizzare la produzione di energia dei catodi di ossido stratificato ad alto contenuto di nichel, confrontando anche alcuni progetti emergenti per la creazione di batterie a base di litio con una chimica a zero cobalto.

"Mentre procediamo con l'elettrificazione del settore dei trasporti, la disponibilità e l'accessibilità economica del cobalto potrebbero diventare un impedimento per la diffusa commercializzazione delle batterie agli ioni di litio, "Arumugam Manthiram, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto a TechXplore. "L'obiettivo chiave alla base del nostro studio era quindi ridurre o eliminare il cobalto e aumentare il nichel nell'elettrodo di una batteria agli ioni di litio".

Il vantaggio principale dell'utilizzo del nichel al posto del cobalto negli elettrodi è che è meno costoso e più facile da trovare. Inoltre, gli elettrodi ad alto contenuto di nichel raggiungono una maggiore capacità di accumulo di carica, densita 'energia, e tempi di funzionamento più lunghi tra le cariche rispetto ai catodi con elevate quantità di cobalto.

Sfortunatamente, però, I catodi di ossido stratificato contenenti elevate quantità di nichel possono essere molto difficili da sintetizzare pur mantenendo buone prestazioni. Nel loro studio, Manthiram ei suoi colleghi hanno proposto una serie di strategie che potrebbero ottimizzare questi attuali processi di sintesi.

"I nostri risultati più significativi sono che siamo stati in grado di sintetizzare materiali per elettrodi con un alto contenuto di nichel e un contenuto di cobalto inferiore con buone prestazioni nelle batterie agli ioni di litio, " Manthiram ha detto. "Tuttavia, i materiali degli elettrodi con un alto contenuto di nichel sono suscettibili di degradarsi se esposti all'aria. Attualmente, ci stiamo concentrando sulla loro stabilizzazione per realizzare una migliore stabilità in aria."

Lo studio condotto da Manthiram e dai suoi colleghi delinea una serie di preziose considerazioni progettuali che potrebbero presto consentire lo sviluppo di batterie a base di litio più economiche e con prestazioni migliori utilizzando catodi di ossido stratificato ad alto contenuto di nichel. I ricercatori hanno anche condotto una valutazione generale delle tecniche di stabilizzazione che potrebbero potenzialmente facilitare l'uso diffuso di batterie agli ioni di litio, aiutare i paesi di tutto il mondo a raggiungere i propri obiettivi di elettrificazione dei veicoli.

"Ora ci stiamo concentrando sull'ulteriore ottimizzazione delle composizioni e stabilizzazioni dei materiali degli elettrodi che abbiamo sviluppato, oltre a ridimensionarli, " disse Manthiram.

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