Ecco perché l'aria fa male alle batterie agli ioni di litio

Da una parte le batterie agli ioni di litio sono considerate una tecnologia matura e affidabile. Dall'altra, non c'è laboratorio al mondo che non lavori per affinarne chimica, struttura interna e metodi produttivi per cercare di migliorarne le prestazioni.

Un nuovo studio dell'Università di Hanyang, in Corea del Sud, ha dimostrato un dettaglio apparentemente banale ma che può avere conseguenze significative su un certo tipo di celle con catodi ricchi di nichel e privi di cobalto che sono ancora in via di sperimentazione. L'esposizione all'aria di alcuni materiali durante la produzione può comprometterne in modo significativo la durata.

Bisogna evitare l'ossidazione

La ricerca si concentra su una particolare famiglia di catodi oggi considerati particolarmente promettenti perché dotati di una buona densità energetica pur essendo privi di materie prime particolarmente costose e difficili da reperire. Purtroppo, si sono rivelati più delicati del previsto.

Materie prime per la produzione di batterie

Secondo gli studiosi, durante la produzione, quando i materiali precursori vengono conservati ed entrano a contatto con l'aria, si ossidano. Si formano così difetti microscopici, chiamati distorsioni di Jahn-Teller, che rendono la superficie del catodo molto più reattiva nei confronti dell'elettrolita. Se questo accade, si dà avvio a una serie di fenomeni indesiderati.

• Aumenta la dissoluzione dei metalli di transizione
• Si destabilizza anche l'anodo in grafite
• Accelera il degrado generale e si perdono prestazioni troppo rapidamente

Nei test di laboratorio il decadimento della capacità durante i cicli di carica e scarica è risultato quasi doppio rispetto ai campioni prodotti senza questa alterazione.

Risolvere il problema "a monte"

L'aspetto più interessante è che il problema non nasce durante l'utilizzo dell'auto, ma molto prima, all'interno della fabbrica. In altre parole, due celle apparentemente identiche potrebbero avere una vita utile diversa semplicemente perché i materiali sono stati gestiti in modo differente durante la produzione.

La pasta per la produzione di celle agli ioni di litio

I ricercatori propongono anche una possibile soluzione. Aumentando leggermente il contenuto di litio nella fase di sintesi del catodo è possibile impedire la formazione della struttura difettosa e ristabilire un legame stabile tra il manganese (che è il metallo che più è soggetto al processo di ossidazione descritto in precedenza) e ossigeno.

Nei prototipi realizzati con questo accorgimento le celle agli ioni di litio hanno mantenuto oltre il 90% della capacità iniziale, mostrando una stabilità decisamente superiore senza ricorrere a nuovi rivestimenti o modifiche radicali delle linee produttive.

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