Novità del settore

La nuova tecnologia della batteria consente di caricare le auto elettriche fino al 90% in soli 6 minuti

2021-06-16
TEMI:
Tecnologia delle batterie,Energia,Ioni di litio,Fisica molecolare,Nanotecnologia,Pohang University Of Science & Technology
Di POHANG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY (POSTECH) 28 OTTOBRE 2020



Con Telsa in testa, il mercato dei veicoli elettrici sta crescendo in tutto il mondo. A differenza delle auto convenzionali che utilizzano motori a combustione interna, le auto elettriche sono alimentate esclusivamente da batterie agli ioni di litio, quindi le prestazioni della batteria definiscono le prestazioni complessive dell'auto. Tuttavia, i tempi di ricarica lenti e la potenza debole sono ancora ostacoli da superare. Alla luce di ciò, un team di ricerca POSTECH ha recentemente sviluppato un materiale per batterie a ricarica più rapida e più duratura per le auto elettriche.

I gruppi di ricerca del Professor Byoungwoo Kang e del Dr. Minkyung Kim del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali presso POSTECH e il Professor Won-Sub Yoon del Dipartimento di Scienze Energetiche della Sungkyunkwan University hanno dimostrato per la prima volta che durante la carica e la scarica di Li -materiali degli elettrodi della batteria agli ioni, è possibile produrre un'elevata potenza riducendo significativamente il tempo di carica e scarica senza ridurre la dimensione delle particelle. Questi risultati della ricerca sono stati pubblicati nel recente numero di Energy & Environmental Science, una delle principali riviste internazionali nel campo dei materiali energetici.

Finora sono stati utilizzati metodi che riducono la dimensione delle particelle dei materiali degli elettrodi per caricare e scaricare rapidamente le batterie agli ioni di litio. Tuttavia, la riduzione della dimensione delle particelle ha lo svantaggio di diminuire la densità di energia volumetrica delle batterie.

A questo proposito, il team di ricerca ha confermato che se si forma una fase intermedia nella transizione di fase[1] durante la carica e la scarica, è possibile generare un'elevata potenza senza perdere l'elevata densità di energia o ridurre la dimensione delle particelle attraverso una rapida carica e scarica, consentendo il sviluppo di batterie agli ioni di litio a lunga durata.

Nel caso di materiali a separazione di fase che subiscono il processo di creazione e crescita di nuove fasi durante il caricamento e lo scaricamento, esistono due fasi con volumi diversi all'interno di una singola particella, con conseguente molti difetti strutturali nell'interfaccia delle due fasi. Questi difetti inibiscono la rapida crescita di una nuova fase all'interno della particella, ostacolando la rapida carica e scarica.

Utilizzando il metodo di sintesi sviluppato dal gruppo di ricerca, si può indurre una fase intermedia che funge da tampone strutturale in grado di ridurre drasticamente la variazione di volume tra le due fasi in una particella.

Inoltre, è stato confermato che questa fase intermedia tampone può aiutare a creare e far crescere una nuova fase all'interno della particella, migliorando la velocità di inserimento e rimozione del litio nella particella. Questo a sua volta ha dimostrato che la formazione della fase intermedia può aumentare notevolmente la velocità di carica e scarica della cella creando una reazione elettrochimica omogenea nell'elettrodo in cui sono composte numerose particelle. Di conseguenza, gli elettrodi della batteria agli ioni di litio sintetizzati dal team di ricerca si caricano fino al 90% in sei minuti e scaricano il 54% in 18 secondi, un segnale promettente per lo sviluppo di batterie agli ioni di litio ad alta potenza.

"L'approccio convenzionale è sempre stato un compromesso tra la sua bassa densità di energia e la rapida velocità di carica e scarica dovuta alla riduzione della dimensione delle particelle", ha osservato il professor Byoungwoo Kang, l'autore corrispondente dell'articolo. Ha elaborato: "Questa ricerca ha gettato le basi per lo sviluppo di batterie agli ioni di litio in grado di raggiungere una velocità di carica e scarica rapida, un'elevata densità di energia e prestazioni prolungate".

La ricerca è stata condotta con il supporto del Mid-career Researcher Program e del Radiation Technology Development Program della National Research Foundation of Korea.

Transizione di fase
Processo in cui il litio viene inserito e rimosso durante la carica e la scarica e la fase esistente della sostanza si trasforma in una nuova fase.

Riferimento: "Cinetica ultraveloce in un materiale di elettrodo a separazione di fase formando una fase intermedia senza ridurre la dimensione delle particelle" di Minkyung Kim, Mihee Jeong, Won-Sub Yoon e Byoungwoo Kang, 17 settembre 2020, Energy & Environmental Science.
DOI: 10.1039/D0EE02518F