Nuovi materiali anodici per l’accumulo di energia
(Rinnovabili.it) – Per aumentare l’accumulo di energia delle batterie al litio potrebbero bastare due elementi economici e facilmente reperibili: il ferro e il fluoro. Queste due semplici molecole sono alla base della nuova ricerca statunitense per migliorare i materiali catodoci della batteria, quelli – per intenderci – responsabili della semireazione di riduzione. Una collaborazione tra l’Università del Maryland, il Dipartimento americano dell’energia (DOE), il Brookhaven National Laboratory e il Research Lab dell’esercito statunitense è riuscita scrivere la ricetta per triplicare l’accumulo di energia dei dispositivi al litio impiegando il floruro di ferro (FeF3). Si tratta di un sale tossico e dannoso per l’ambiente che potrebbe tuttavia migliorare notevolmente le prestazioni degli elettrodi. “Le batterie agli ioni di litio sono costituite da un anodo e un catodo”, spiega Xiulin Fan, scienziato dell’Università del Maryland UMD. “Rispetto alla grande capacità degli anodi in grafite commerciale utilizzati nelle batterie, la capacità dei catodi è molto più limitata: i materiali rappresentano ancora oggi il collo di bottiglia per migliorare ulteriormente la densità energetica dei dispositivi agli ioni di litio”.
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Come spiega l’articolo, pubblicato il 13 giugno su Nature Communications, i materiali impiegati sono normalmente basati sulla chimica di intercalazione: questo tipo di reazione è molto efficiente, tuttavia, trasferisce solo un singolo elettrone per volta, limitando la capacità del catodo. Alcuni composti, come il FeF3, sono invece in grado di trasferire più elettroni grazie a un meccanismo noto come reazione di conversione. Nonostante questa capacità, il fluoruro di ferro ha sempre avuto dei problemi nella pratica a causa di reazioni collaterali che ne determinano una scarsa ciclabilità. Per arginare il problema, gli scienziati hanno aggiunto al sale atomi di cobalto e ossigeno tramite un processo chiamato sostituzione chimica. Ciò ha permesso agli scienziati di manipolare il percorso di reazione e renderlo più “reversibile”. I test effettuati dimostrano che il nuovo catodo è in grado è in grado di aumentare l’accumulo di energia: i risultati mostrano oltre 1000 cicli con una capacità di 420 mAh/g e una densità di energia di ~ 1000 Wh/kg. La strategia di co-sostituzione potrebbe essere estesa ad altri materiali per migliorare ulteriormente le prestazioni energetiche.
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