Nuova ricerca condotta da un ingegnere elettrico dell'Università della California, San Diego mira a migliorare le batterie agli ioni di litio (Li) attraverso possibili nuove architetture di elettrodi con design precisi su nanoscala. I ricercatori hanno presentato nanofili che bloccano la diffusione del litio attraverso la superficie di silicio del cavo e promuovono la litiazione assiale strato per strato del nucleo di germanio del nanocavo.

Shadi Dayeh, un professore nel Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica presso la UC San Diego Jacobs School of Engineering, ha spiegato che questo lavoro potrebbe portare a "un modo efficace per adattare l'espansione del volume degli elettrodi della batteria agli ioni di litio che potrebbe potenzialmente ridurre al minimo la loro rottura, migliorarne la durata, e forse influenzare il modo in cui si potrebbe pensare a diverse architetture di elettrodi".

La ricerca è stata recentemente pubblicata sulla rivista Nano lettere nel documento "Tailoring Lithiation Behavior by Interface and Bandgap Engineering at the Nanoscale".

Rivestendo nanofili di germanio con silicio, i ricercatori hanno fermato quasi tutta la diffusione superficiale degli ioni di litio nei nanofili. Anziché, diffusione del litio, noto come litiazione, avvenuta strato per strato lungo l'asse del nanofilo in contrasto con quello dalla superficie del nanofilo che non era ricoperta di silicio.

"Questi risultati dimostrano per la prima volta che l'ingegneria dell'interfaccia e del bandgap delle reazioni elettrochimiche può essere utilizzata per controllare i percorsi di trasporto/inserimento ionico su scala nanometrica e quindi può essere un nuovo strumento per definire le reazioni elettrochimiche nelle batterie agli ioni di litio, scrivono i ricercatori nel loro paper Nano Letters.

Guarda un video che mostra la litiazione assiale del nucleo di germanio di un nanofilo rivestito di silicio, così come la diffusione radiale del litio in un nanofilo di germanio non rivestito. Il video proviene dall'Integrated Electronics and Bio-Interfaces Lab di Dayeh presso l'UC San Diego e dai collaboratori dei Sandia National Laboratories.

Ascolta una conversazione audio con Shadi Dayeh su SoundCloud.

Questo lavoro si basa sulla ricerca che dimostra un eccellente controllo sull'eterostrutturazione germanio/silicio (Ge/Si), che Dayeh e colleghi hanno recentemente pubblicato come articolo di copertina in Lettere di fisica applicata e una lettera di presentazione sul giornale Nano lettere .

Dayeh ha coltivato i nanofili durante il suo periodo come ricercatore post-dottorato presso il Los Alamos National Laboratory (LANL). Gli esperimenti di litiazione sono stati eseguiti da due ricercatori post-dottorato dei Sandia National Laboratories, Dott. Yang Liu e Xiaohua Liu, e i ricercatori post-dottorato di Dayeh che lavorano alla LANL. Dayeh ha formulato il meccanismo ed eseguito l'analisi e le simulazioni dopo essersi unito alla facoltà del dipartimento di ingegneria elettrica e informatica della Jacobs School of Engineering della UC San Diego.

Le fonti di finanziamento per questa ricerca includono le nanostrutture per lo stoccaggio dell'energia elettrica (NEES), un Energy Frontier Research Center (EFRC) finanziato dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, Laboratorio Nazionale di Los Alamos, Laboratori Nazionali Sandia, e UC San Diego.