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Jul 08, 2023

L’autonomia delle auto elettriche può essere aumentata grazie alla nuova e rivoluzionaria tecnologia delle batterie

Poiché il mercato dei veicoli elettrici ha registrato una rapida crescita, con vendite che hanno superato 1 trilione di dollari nel 2022 e vendite nazionali che hanno superato le 108.000 unità, la domanda di batterie ad alta capacità

Poiché il mercato dei veicoli elettrici ha registrato una rapida crescita, con vendite che hanno superato 1 trilione di dollari nel 2022 e vendite nazionali superiori a 108.000 unità, la domanda di batterie ad alta capacità in grado di estendere l’autonomia delle auto elettriche è in crescita.

Un team di ricercatori di POSTECH e dell’Università di Sogang ha sviluppato il materiale dell’anodo da un legante polimerico funzionale per soddisfare queste crescenti richieste.

Il documento corrispondente allo studio, "La stratificazione di polimeri caricati consente anodi di batterie ad alta capacità altamente integrati", è stato pubblicato su Advanced Functional Materials.

Il team, guidato dai professori Soojin Park e Youn Soo Kim di POSTECH e dal professor Jaegeon Ryu di Sogang, ha lavorato per aumentare l’autonomia delle auto elettriche attraverso anodi ad alta capacità.

Hanno sviluppato un legante polimerico caricato per un materiale anodico ad alta capacità che è stabile e affidabile, offrendo una capacità dieci volte o superiore a quella degli anodi di grafite convenzionali. Questo risultato rivoluzionario è stato ottenuto sostituendo la grafite con un anodo di Si, combinato con polimeri caricati a strati mantenendo stabilità e affidabilità.

I materiali anodici ad alta capacità, come il silicio, sono essenziali per aumentare l’autonomia delle auto elettriche. Questo perché creano batterie agli ioni di litio ad alta densità di energia e offrono almeno dieci volte la capacità della grafite o di altri materiali anodici ora disponibili.

Ciò che i ricercatori hanno trovato impegnativo durante questa fase è che l’espansione del volume dei materiali anodici ad alta capacità durante la reazione con il litio rappresenta una minaccia per le prestazioni e la stabilità della batteria. Per mitigare questo problema, i ricercatori hanno studiato leganti polimerici in grado di controllare efficacemente l'espansione volumetrica.

Fino ad oggi, la ricerca sulle batterie e sulla densità energetica si è concentrata principalmente esclusivamente sulla reticolazione chimica e sul legame idrogeno.

La reticolazione chimica implica un legame covalente tra le molecole leganti, rendendole solide, ma ha un difetto fatale: una volta che si rompono, i legami non possono essere ripristinati. D'altra parte, il legame idrogeno è un legame secondario reversibile tra molecole basato su differenze di elettronegatività, ma la sua forza (10-65 kJ/mol) è relativamente debole.

Tuttavia, il nuovo polimero aumenta l’autonomia delle auto elettriche utilizzando sia i legami idrogeno che le forze coulombiane (attrazione tra cariche positive e negative). Queste forze hanno un’intensità di 250 kJ/mol, molto più elevata di quella dei legami idrogeno, ma sono reversibili, rendendo facile il controllo dell’espansione volumetrica.

La superficie dei materiali anodici ad alta capacità è per lo più caricata negativamente e i polimeri caricati a strati sono disposti alternativamente con cariche positive e negative per legarsi efficacemente all'anodo. Inoltre, il team ha introdotto il glicole polietilenico per regolare le proprietà fisiche e facilitare la diffusione degli ioni di litio, ottenendo l'elettrodo spesso ad alta capacità e la massima densità di energia riscontrata nelle batterie agli ioni di litio.

Il professor Soojin Park ha concluso: “La ricerca ha il potenziale per aumentare significativamente la densità energetica delle batterie agli ioni di litio attraverso l’incorporazione di materiali anodici ad alta capacità, estendendo così l’autonomia delle auto elettriche.

I materiali anodici a base di silicio potrebbero potenzialmente aumentare l’autonomia di almeno dieci volte”.

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