Le batterie agli ioni di litio sono utilizzate per alimentare un'ampia gamma di dispositivi elettronici, compresi i computer, macchine fotografiche, lettori audio digitali e calcolatrici. Enormi sforzi sono stati dedicati allo sviluppo di batterie agli ioni di litio, soprattutto nel migliorare l'efficienza e l'integrità degli elettrodi della batteria. Questo perché durante i processi di scarica e carica, gli ioni di litio vengono ripetutamente incorporati ed estratti dagli elettrodi mediante formazione di leghe o conversione chimica. Questi eventi ricorrenti sono noti per causare il progressivo degrado degli elettrodi, danno irreversibile alle prestazioni della batteria.

Yu Wang dell'A*STAR Institute of Chemical and Engineering Sciences e i suoi collaboratori hanno ora dimostrato un'elegante strategia per ridurre il problema del degrado e aumentare la capacità di ritenzione delle batterie agli ioni di litio per molti cicli di carica-scarica. La strategia prevede l'utilizzo di un materiale composito con una struttura peapod comprendente ossido di cobalto (Co ₃ oh ₄ ) nanoparticelle incorporate in fibre di carbonio (vedi immagine).

L'ossido di cobalto è un materiale promettente per gli anodi nelle batterie agli ioni di litio perché la sua capacità di trattenere gli ioni è superiore a quella dei materiali per elettrodi convenzionali, come lo stagno. Inoltre, Co ₃ oh ₄ può essere facilmente convertito in LiCoO ₂ , che è il materiale attualmente utilizzato nei catodi commerciali. I ricercatori hanno realizzato le strutture del peapod riscaldando nanonastri di idrossido di carbonato di cobalto ricoperti da strati di glucosio polimerizzato in un'atmosfera inerte a 700 ºC e poi in aria a 250 ºC. Gli elettrodi costruiti utilizzando il composito peapod hanno migliorato la conservazione del litio e la ritenzione della capacità, fornendo il 91% della capacità totale possibile dopo 50 cicli di carica-scarica.

“Il Co ₃ oh ₄ le nanoparticelle agiscono come materiali attivi per immagazzinare ioni di litio e le fibre cave di carbonio proteggono e prevengono l'aggregazione e il collasso delle nanoparticelle di Co3O4, "dice Wang. Le fibre di carbonio svolgono anche il ruolo di condurre gli elettroni dalle nanoparticelle.

Secondo Wang, a parte la promettente applicazione nelle batterie agli ioni di litio, la fabbricazione del composito peapod è di per sé un risultato, in quanto è la prima volta che vengono prodotte nanoparticelle magnetiche così isolate incorporate in fibre cave. La microscopia elettronica a scansione ha rivelato che il composto peapod presenta una morfologia uniforme, con lunghezze di pod fino a diversi micrometri e diametri di pod fino a 50 nanometri. I ricercatori ritengono che il loro metodo potrebbe essere esteso per generare nanoparticelle incapsulate utilizzando un'ampia gamma di materiali con applicazioni oltre le batterie agli ioni di litio, Per esempio, nell'ingegneria genetica, catalisi, rilevamento di gas e produzione di condensatori e magneti.