Perché il manganese può accelerare il degrado delle batterie

Uno studio coreano rivela che l'esposizione all'aria può provocare ossidazione del manganese. Ma c'è una soluzione

Struttura di una batteria agli ioni di litio

Foto di: ChargedEVs

Riccardo Ciriaco

Di: Riccardo Ciriaco

25 ago alle 11:00

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Una ricerca della Hanyang University, in Corea del Sud, ha individuato un possibile problema di produzione per le batterie ad alto contenuto di nichel prive di cobalto, tecnologia considerata promettente per aumentare l’autonomia delle auto elettriche riducendo al tempo stesso la dipendenza da minerali critici costosi.

Lo studio, guidato dal professor Jin Ho Bang e dalla dottoranda JinHa Shim e pubblicato sulla rivista Energy and Environmental Science, mostra che l’esposizione all’aria dei materiali precursori durante lo stoccaggio può modificare la chimica del manganese presente sulla superficie delle particelle. Questo processo favorisce la formazione di difetti superficiali reattivi che accelerano il degrado della batteria.

Colpa dell'ossidazione

Secondo i ricercatori, il problema riguarda in particolare le architetture con nucleo ricco di nichel e rivestimento al manganese, sviluppate per migliorare la stabilità delle celle. Nel dettaglio, l’esposizione all’aria può provocare l’ossidazione del manganese e la formazione di distorsioni. Queste aree diventano altamente reattive e possono favorire la decomposizione dell’elettrolita, la dissoluzione dei metalli di transizione e reazioni indesiderate con l’anodo in grafite.

Grafica che sintetizza lo studio

Foto di: ChargedEVs

Nei test di ciclaggio prolungato, il difetto ha quasi raddoppiato la velocità di perdita di capacità dei sistemi ricchi di nichel.

Ma c'è una soluzione

I ricercatori hanno però individuato una possibile soluzione relativamente semplice: aumentare la quantità di litio in eccesso durante la sintesi del materiale catodico. La modifica può ridurre la formazione della fase superficiale difettosa e stabilizzare i legami manganese-ossigeno. Le celle realizzate con il materiale modificato sono riuscite a conservare oltre il 90% della capacità.

La scoperta evidenzia quindi quanto anche le condizioni di stoccaggio dei precursori possano influenzare la durata delle batterie. Un controllo più rigoroso dei materiali e della stechiometria del litio potrebbe permettere ai produttori di ottenere batterie più durevoli senza ricorrere necessariamente a costosi rivestimenti o a profonde modifiche delle linee produttive.

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Fonte: ChargedEVs

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