Le batterie che alimentano le auto elettriche hanno problemi. Impiegano molto tempo per caricarsi. La carica non regge abbastanza a lungo per percorrere lunghe distanze. Non consentono ai conducenti di accelerare rapidamente. Sono grandi e ingombranti.

Ricercatori dell'Università della California, Il Bourns College of Engineering di Riverside ha riprogettato i materiali dei componenti della batteria in modo ecologico per risolvere alcuni di questi problemi. Creando nanoparticelle di forma controllata, credono più piccoli, possono essere costruite batterie più potenti ed efficienti dal punto di vista energetico.

"Questo è un punto critico, passo fondamentale per migliorare l'efficienza di queste batterie, " disse David Kisailus, professore associato di ingegneria chimica e ambientale e ricercatore capo del progetto.

Oltre alle auto elettriche, le batterie riprogettate potrebbero essere utilizzate per lo stoccaggio di energia municipale, compresa l'energia generata dal sole e dal vento.

I risultati iniziali sono delineati in un documento appena pubblicato chiamato "Solvothermal Synthesis, Sviluppo e prestazioni delle nanostrutture LiFePO4" nella rivista Crescita e design dei cristalli .

Kisailus, che è anche Winston Chung Doted Professor in Energy Innovation, e Jianxin Zhu, un dottorato di ricerca studente che lavora con Kisailus, sono stati i principali autori del documento. Altri autori furono:Giuseppe Fiore, Dongsheng Li, Nichola Kinsinger e Qianqian Wang, tutti coloro che in precedenza lavoravano con Kisailus; Elaine Di Masi, del laboratorio nazionale di Brookhaven; e Juchen Guo, un assistente professore di ingegneria chimica e ambientale alla UC Riverside.

I ricercatori del laboratorio di biomimetica e materiali nanostrutturati di Kisailus hanno deciso di migliorare l'efficienza delle batterie agli ioni di litio prendendo di mira uno dei componenti materiali della batteria, il catodo.

Litio ferro fosfato (LiFePO4), un tipo di catodo, è stato utilizzato nei veicoli elettrici a causa del suo basso costo, bassa tossicità e stabilità termica e chimica. Però, il suo potenziale commerciale è limitato perché ha una scarsa conduttività elettronica e gli ioni di litio non sono molto mobili al suo interno.

Diversi metodi sintetici sono stati utilizzati per superare queste carenze controllando la crescita delle particelle. Qui, Kisailus e il suo team hanno utilizzato un metodo sintetico solvotermico, essenzialmente mettendo i reagenti in un contenitore e riscaldandoli sotto pressione, come una pentola a pressione.

Kisailus, Zhu e il loro team hanno usato una miscela di solventi per controllare le dimensioni, forma e cristallinità delle particelle e quindi monitorato attentamente come si è formato il fosfato di ferro e litio. Facendo questo, sono stati in grado di determinare la relazione tra le nanostrutture che hanno formato e le loro prestazioni nelle batterie.

Controllando la dimensione dei nanocristalli, che erano in genere 5, 000 volte più piccolo dello spessore di un capello umano, all'interno di particelle a forma controllata di LiFePO4, Il team di Kisailus ha dimostrato che possono essere generate batterie con più potenza su richiesta.

Queste particelle di dimensioni e forma modulate offrono una frazione più elevata di punti di inserimento e lunghezze di percorso ridotte per il trasporto di ioni di litio, migliorando così i tassi di batteria. Kisailus e il suo team stanno attualmente perfezionando questo processo non solo per migliorare ulteriormente le prestazioni e ridurre i costi, ma anche implementare la scalabilità.