Gli elettrodi delle batterie a nanoparticelle depositati tramite deposizione elettroforetica potrebbero portare a batterie più leggere ed efficienti. In alto c'è uno schema del processo EPD. Il centro è un'immagine al microscopio elettronico dell'elettrodo a nanoparticelle.
(Phys.org)—Gli scienziati dei materiali hanno sviluppato un semplice, modo robusto per fabbricare senza carbonio e senza polimeri, pellicole colloidali leggere per elettrodi di batterie agli ioni di litio, che potrebbe migliorare notevolmente le prestazioni della batteria.
Sviluppando un metodo per elettrodi privi di additivi che mantengono un'elevata conduttività, i ricercatori hanno aperto nuove possibilità per ridurre il peso e il volume delle batterie, creando anche un sistema modello per studiare la fisica degli elettrodi di nanoparticelle.
Il lavoro, guidato da Richard Robinson, assistente professore di scienza e ingegneria dei materiali, e studente laureato Don-Hyung Ha, è presente nel numero del 10 ottobre di Nano lettere (Vol. 12, n.10).
Le nanoparticelle sono state ampiamente studiate come catodo e anodo attivi nelle batterie agli ioni di litio, componenti comuni dei dispositivi elettronici, perché possono migliorare le proprietà elettrochimiche delle batterie.
Per utilizzare nanoparticelle colloidali per gli elettrodi, era stato necessario combinarli con materiali conduttivi a base di carbonio per migliorare il trasporto di carica, così come leganti polimerici per attaccare le particelle insieme e al substrato dell'elettrodo, disse Robinson. Questo processo aggiungeva peso extra alla batteria e rendeva difficile modellare il movimento degli ioni di litio e degli elettroni attraverso la miscela.
La tecnica di elaborazione critica utilizzata da Robinson e colleghi era la deposizione elettroforetica, che lega le nanoparticelle metalliche alla superficie del substrato dell'elettrodo tra loro in un assieme, creando forti contatti elettrici tra le particelle e il collettore di corrente.
Il processo si traduce in un miglioramento significativo nell'assemblaggio degli elettrodi della batteria che non può essere replicato con metodi convenzionali. Una volta attaccato, le particelle non sono più solubili e sono meccanicamente robuste. Infatti, questa lavorazione crea un film che ha una stabilità meccanica superiore rispetto ai film fabbricati con metodi convenzionali di produzione di batterie con leganti, disse Robinson.
Questa ricerca ha portato al primo elettrodo per batteria a film di nanoparticelle di ossido di cobalto realizzato senza l'utilizzo di leganti e additivi di nerofumo, e mostrano elevate capacità gravimetriche e volumetriche, anche dopo 50 cicli.
