(Phys.org) — È stato dimostrato che un nuovo design dell'elettrodo per le batterie agli ioni di litio riduce potenzialmente il tempo di ricarica da ore a minuti sostituendo l'elettrodo di grafite convenzionale con una rete di nanoparticelle di ossido di stagno.

Le batterie hanno due elettrodi, chiamato anodo e catodo. Gli anodi nella maggior parte delle batterie agli ioni di litio di oggi sono fatti di grafite.

La capacità di stoccaggio massima teorica della grafite è molto limitata, a 372 milliampere ora per grammo, ostacolando significativi progressi nella tecnologia delle batterie, ha detto Vilas Pol, professore associato di ingegneria chimica alla Purdue University.

I ricercatori hanno eseguito esperimenti con un anodo a base di ossido di stagno "poroso interconnesso", che ha quasi il doppio della capacità di carica teorica della grafite. I ricercatori hanno dimostrato che l'anodo sperimentale può essere caricato in 30 minuti e ha ancora una capacità di 430 milliampere ora per grammo (mAh g-1), che è maggiore della capacità massima teorica per la grafite se caricata lentamente nell'arco di 10 ore.

L'anodo è costituito da una "rete ordinata" di nanoparticelle di ossido di stagno interconnesse che sarebbero pratiche per la produzione commerciale perché sono sintetizzate aggiungendo il precursore dell'alcossido di stagno nell'acqua bollente seguita da un trattamento termico, ha detto Pol.

"Non stiamo usando alcuna chimica sofisticata qui, Pol ha detto. "Questa è una rapida 'cottura' molto semplice di un precursore metallo-organico in acqua bollente. Il composto precursore è un alcossido di stagno solido, un materiale analogo agli alcossidi di titanio economici e ampiamente disponibili. Diventerà sicuramente completamente accessibile nella prospettiva di un'applicazione su larga scala menzionata dai collaboratori Vadim G. Kessler e Gulaim A. Seisenbaeva dell'Università svedese di scienze agrarie."

I risultati sono dettagliati in un articolo pubblicato a novembre sulla rivista Materiali energetici avanzati .

Quando le nanoparticelle di ossido di stagno vengono riscaldate a 400 gradi Celsius si "autoassemblano" in una rete contenente pori che consentono al materiale di espandersi e contrarsi, o respirare, durante il ciclo di carica-scarica della batteria.

"Questi spazi sono molto importanti per questa architettura, ", ha affermato Vinodkumar Etacheri, associato di ricerca post-dottorato di Purdue. "Senza la corretta dimensione dei pori, e l'interconnessione tra le singole nanoparticelle di ossido di stagno, la batteria si scarica."

Il documento di ricerca è stato scritto da Etacheri; I ricercatori dell'Università svedese di scienze agrarie Gulaim A. Seisenbaeva, Geoffrey Daniel e Vadim G. Kessler; James Caruthers, Gerald e Sarah Skidmore Professore di ingegneria chimica di Purdue; Jean-Marie Nedelec, un ricercatore della Clermont Université in Francia; e Pol.