Triplicare l’accumulo di energia delle batterie agli ioni di litio

 Nuovi materiali anodici per l’accumulo di energia.

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”.

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.