Le auto a batteria offrono molti vantaggi ambientali, ma un'auto con il pieno di benzina può viaggiare più lontano. Migliorando la capacità energetica delle batterie agli ioni di litio, un nuovo elettrodo realizzato con nanoparticelle di ossido di ferro potrebbe aiutare i veicoli elettrici a coprire distanze maggiori.

Sviluppato da Zhaolin Liu dell'A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, Singapore, e Aishui Yu dell'Università Fudan, Cina, e collaboratori, il materiale degli elettrodi è economico, adatto per la produzione su larga scala e può immagazzinare densità di carica più elevate rispetto agli elettrodi convenzionali utilizzati nelle batterie agli ioni di litio.

Queste batterie immagazzinano e rilasciano energia spostando gli ioni di litio tra due elettrodi collegati in un circuito. Durante la ricarica, gli ioni di litio fuoriescono dal catodo, che è costituito da materiali come l'ossido di litio e cobalto. Gli ioni migrano attraverso un elettrolita liquido e nell'anodo, che di solito è fatto di grafite crivellata di minuscoli pori. Quando la batteria si scarica, il processo si svolge al contrario, generando una corrente elettrica tra gli elettrodi.

Gli ossidi di ferro hanno una capacità di carica molto più elevata della grafite, ma il processo è lento. Forzare gli ioni di litio nel materiale cambia anche il suo volume, distruggendo l'anodo dopo pochi cicli di carica.

Liu, Yu e il team hanno pensato che un anodo realizzato con nanoparticelle di ossido di ferro si sarebbe caricato più rapidamente, perché i suoi pori darebbero facile accesso agli ioni di litio. I pori possono anche consentire alla struttura del materiale di cambiare mentre gli ioni si accumulano all'interno.

I ricercatori hanno prodotto particelle larghe 5 nanometri di un ossido di ferro noto come α-Fe ₂ oh ₃ , semplicemente riscaldando il nitrato di ferro in acqua. Hanno mescolato le particelle con una polvere chiamata nerofumo, li legò insieme con fluoruro di polivinilidene e rivestì la miscela su un foglio di rame per realizzare i loro anodi.

Durante il primo ciclo di carica e scarica, gli anodi hanno mostrato un'efficienza del 75-78%, a seconda della densità di corrente utilizzata. Dopo altri dieci cicli, però, l'efficienza è migliorata al 98%, quasi quanto le batterie commerciali agli ioni di litio. La ricerca di altri gruppi suggerisce che durante i primi cicli, le nanoparticelle di ossido di ferro vengono scomposte fino a raggiungere una dimensione ottimale.

Dopo 230 cicli l'efficienza dell'anodo è rimasta al 97%, con una capacità di 1, 009 milliampere ore per grammo (mA h g ⁻¹ )—quasi tre volte maggiore degli anodi di grafite commerciali. Il materiale non ha avuto nessuno dei problemi di degradazione che hanno afflitto altri anodi di ossido di ferro.

Il team sta ora lavorando per ottimizzare la sintesi delle nanoparticelle e aumentare l'efficienza dei cicli di carica iniziali dell'anodo.