Le batterie agli ioni di litio sono un po' famose per le loro scarse prestazioni al freddo e ciò ha conseguenze per alcune delle loro applicazioni più importanti:dall'avvio di un'auto elettrica in un inverno del Wisconsin al volo di un drone su Marte.

Ora, i ricercatori dello SLAC National Accelerator Laboratory del Dipartimento di Energia hanno identificato un aspetto trascurato del problema:la conservazione delle batterie agli ioni di litio a temperature sotto lo zero può rompere alcune parti della batteria e separarle dai materiali circostanti, riducendo la loro capacità di accumulo elettrico .

Lo scienziato dello SLAC Yijin Liu e il collega post-dottorato Jizhou Li hanno fatto la scoperta osservando le prestazioni a basse temperature del catodo, la parte in cui gli elettroni della batteria fluiscono quando è in uso. Gli studi iniziali hanno rilevato che la conservazione dei catodi a temperature inferiori a zero gradi Celsius ha portato le batterie a perdere fino al 5% in più della loro capacità dopo 100 ricariche rispetto alle batterie conservate a temperature più calde.

Per capire perché, i ricercatori si sono rivolti a una combinazione di metodi di analisi dei raggi X presso la Stanford Synchrotron Radiation Lightsource di SLAC e tecniche di apprendimento automatico su cui Li ha lavorato negli ultimi anni. La combinazione consente loro di identificare singole particelle catodiche, il che significa che il team potrebbe studiare migliaia di particelle contemporaneamente, rispetto alla sola manciata che potrebbero identificare con i soli occhi.

Insieme, questi metodi hanno rivelato che le basse temperature stavano restringendo le particelle simili a polpette all'interno del catodo e nel processo le incrinavano o peggioravano ulteriormente le crepe esistenti, ha detto Liu. E, poiché i materiali differiscono nel modo in cui si espandono e si contraggono in risposta alle variazioni di temperatura, anche il freddo estremo staccava i catodi dai materiali circostanti.

I risultati indicano alcune possibili soluzioni, ha detto Liu. Cercando i materiali delle batterie che si adattano meglio in termini di risposta alla temperatura, gli scienziati potrebbero affrontare il problema del distacco. Ciò potrebbe aiutare a migliorare anche altre batterie, poiché tutte le batterie si espandono e si contraggono mentre si riscaldano e si raffreddano. E progettando diverse strutture di particelle all'interno di una batteria, in particolare costruendole da particelle più lisce e meno simili a polpette, i ricercatori potrebbero aiutare a prevenire le crepe e migliorare la capacità della batteria agli ioni di litio a lungo termine.