Credito:Università del Texas ad Austin
Man mano che i veicoli elettrici crescono in popolarità, i riflettori brillano più intensamente su alcuni dei loro principali problemi rimanenti. I ricercatori dell'Università del Texas ad Austin stanno affrontando due delle sfide più grandi che devono affrontare i veicoli elettrici:autonomia limitata e ricarica lenta.
I ricercatori hanno fabbricato un nuovo tipo di elettrodo per batterie agli ioni di litio che potrebbe rilasciare maggiore potenza e una ricarica più rapida. Lo hanno fatto creando elettrodi più spessi, le parti della batteria con carica positiva e negativa che forniscono energia a un dispositivo, utilizzando i magneti per creare un allineamento unico che elude i problemi comuni associati al dimensionamento di questi componenti critici.
Il risultato è un elettrodo che potrebbe potenzialmente facilitare il doppio dell'autonomia con una singola carica per un veicolo elettrico, rispetto a una batteria che utilizza un elettrodo commerciale esistente.
"I materiali bidimensionali sono comunemente ritenuti candidati promettenti per applicazioni di accumulo di energia ad alta velocità perché devono essere spessi solo diversi nanometri per un rapido trasporto di carica", ha affermato Guihua Yu, professore presso il Dipartimento di ingegneria meccanica e Texas di Walker di UT Austin Istituto dei materiali. "Tuttavia, per le batterie ad alta energia di nuova generazione basate sul design a elettrodi spessi, il riposizionamento dei nanosheet come elementi costitutivi può causare colli di bottiglia significativi nel trasporto della carica, portando a difficoltà nel raggiungere sia l'energia elevata che la ricarica rapida."
La chiave della scoperta, pubblicata negli Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , utilizza sottili materiali bidimensionali come elementi costitutivi dell'elettrodo, impilandoli per creare spessore e quindi utilizzando un campo magnetico per manipolarne l'orientamento. Il team di ricerca ha utilizzato magneti disponibili in commercio durante il processo di fabbricazione per disporre i materiali bidimensionali in un allineamento verticale, creando una corsia preferenziale per il passaggio degli ioni attraverso l'elettrodo.
In genere, elettrodi più spessi costringono gli ioni a percorrere distanze maggiori per spostarsi attraverso la batteria, il che porta a tempi di ricarica più lenti. Il tipico allineamento orizzontale degli strati di materiale che compongono l'elettrodo costringe gli ioni a muoversi avanti e indietro.
"Il nostro elettrodo mostra prestazioni elettrochimiche superiori in parte dovute all'elevata resistenza meccanica, all'elevata conduttività elettrica e al trasporto facilitato degli ioni di litio grazie all'architettura unica che abbiamo progettato", ha affermato Zhengyu Ju, uno studente laureato nel gruppo di ricerca di Yu che sta guidando questo progetto .
Oltre a confrontare il loro elettrodo con un elettrodo commerciale, hanno anche fabbricato un elettrodo disposto orizzontalmente utilizzando gli stessi materiali per scopi di controllo sperimentale. Sono stati in grado di ricaricare l'elettrodo spesso verticale al 50% di energia in 30 minuti, rispetto a 2 ore e 30 minuti con l'elettrodo orizzontale.
I ricercatori hanno sottolineato che sono all'inizio del loro lavoro in questo settore. In questa ricerca hanno esaminato un solo tipo di elettrodo della batteria.
Il loro obiettivo è generalizzare la loro metodologia di strati di elettrodi organizzati verticalmente per applicarla a diversi tipi di elettrodi utilizzando altri materiali. Ciò potrebbe aiutare la tecnica a diventare più ampiamente adottata nell'industria, quindi potrebbe consentire future batterie a ricarica rapida ma ad alta energia che alimentano i veicoli elettrici. + Esplora ulteriormente
