Un po' di spazzolatura potrebbe essere il segreto per realizzare batterie al litio ricaricabili migliori.

Il laboratorio del chimico James Tour della Rice University ha introdotto una tecnica per mettere a punto la superficie degli anodi per le batterie semplicemente spazzolandovi le polveri. La polvere aderisce all'anodo e diventa un sottile rivestimento litiato che previene efficacemente la formazione di dendriti dannosi.

Una polvere di fosforo e zolfo macinata sulla superficie del foglio metallico di litio ha dimostrato che la sua energia superficiale può essere regolata senza la necessità di solventi tossici. Gli anodi così modificati e abbinati ai catodi di litio-ferro-fosfato-ossido nelle celle di prova hanno mostrato di mantenere il 70% di capacità in più dopo 340 cicli di carica-scarica rispetto alle batterie standard.

Lo studio appare in Materiali avanzati .

"Ciò semplificherebbe la produzione di batterie ad alta capacità migliorandole notevolmente", ha affermato Tour. "La levigatura di questi solidi in polvere in un anodo di litio metallico riduce drasticamente la formazione di dendriti che può cortocircuitare una batteria, nonché il consumo accelerato dei materiali".

L'autore principale e studente laureato alla Rice Weiyin Chen e i suoi colleghi di laboratorio hanno applicato il grasso di gomito necessario per testare una varietà di candidati in polvere sui loro elettrodi. Prima hanno spazzolato la superficie per darle consistenza, quindi spazzolato in polvere per creare il film sottile che reagisce con il metallo di litio e forma un solido strato di passivazione.

Chen e il coautore Rodrigo Salvatierra, un ex ricercatore post-dottorato e ora visitatore accademico del laboratorio Tour, hanno costruito batterie di prova e determinato che gli anodi trattati conservavano una polarizzazione ultrabassa, un'altra caratteristica dannosa per le batterie agli ioni di litio, per più di 4.000 ore, circa otto volte più lungo degli anodi al litio nudi.

Tour ha affermato che le polveri regolano efficacemente l'energia superficiale degli elettrodi, garantendo un comportamento più uniforme su tutto il materiale.

"Ciò fornisce una superficie composita metallica che impedisce la perdita di litio metallico dall'anodo, un problema comune nelle batterie al litio metallico", ha affermato Tour. "Le batterie al litio metallico superano di gran lunga la capacità delle tradizionali batterie agli ioni di litio, ma è spesso difficile ricaricare ripetutamente il litio metallico."

"La polvere sulla superficie del metallo di litio produce uno strato di passivazione artificiale che migliora la stabilità durante i cicli di carica-scarica", ha affermato Chen. "Utilizzando questo metodo a pennello, la superficie metallica viene stabilizzata in modo che possa essere ricaricata in sicurezza."

Per mostrare che la tecnica potrebbe avere un'applicazione più ampia, il laboratorio ha anche macinato la polvere in un elettrodo di sodio e ha scoperto che il processo ha notevolmente stabilizzato il suo sovrapotenziale di tensione.

Lo studio è in linea con la recente scoperta dell'ingegnere meccanico Tour e Rice C. Fred Higgs III secondo cui la carteggiatura di determinate polveri sulle superfici può renderle superidrofobiche o altamente resistenti all'acqua.

I coautori dell'articolo sono John Li e Duy Luong della Rice; gli studenti laureati Jacob Beckham, Nghi La e Jianan Xu e il visitatore accademico Victor Li. Tour è il T.T. e W.F. Chao Chair in Chemistry, nonché professore di informatica e di scienze dei materiali e nanoingegneria alla Rice. + Esplora ulteriormente

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