La nuova tecnologia che ricarica le auto elettriche in 6 minuti
Le basi per realizzare batterie agli ioni di litio in grado di raggiungere velocità di carica e scarica rapida, alta densità di energia e prestazioni prolungate
[26 Ottobre 2020]
Il mercato dei veicoli elettrici sta crescendo in tutto il mondo ma le loro prestazioni complessive sono definite da quelle delle batterie e in particolar modo dai tempi di ricarica, che nelle auto convenzionali sono molto brevi.
Per questo team di ricercatori sudcoreani ha recentemente sviluppato una ricarica più rapida e un materiale per batterie di maggiore durata per le auto elettriche.
Il team di ricerca guidato da Byoungwoo Kang e Minkyung Kim del Dipartimento di scienza dei materiali e Ingegneria della Pohang University of Science and Technology (Postech) e da Won-Sub Yoon del Dipartimento di scienza dell’energia dell’università di Sungkyunkwan, ha dimostrato per la prima volta che, quando si caricano e scaricano gli elettrodi delle batterie litio-ioni, «E’ possibile produrre un’alta potenza, riducendo significativamente il tempo di carica e scaricamento senza ridurre la dimensione delle particelle».
I risultati della ricerca sono stati pubblicati su Energy & Environmental Science e gli scienziati sudcoreani spiegano che «Finora, per il caricamento e lo scaricamento rapido delle batterie agli ioni di litio sono stati utilizzati metodi che riducono la dimensione delle particelle dei materiali degli elettrodi. Tuttavia, la riduzione della dimensione delle particelle ha lo svantaggio di diminuire la densità di energia volumetrica delle batterie».
Per questo, il team di ricerca ha confermato che se durante la carica e la scarica si forma una fase intermedia nella transizione di fase – un processo in cui il litio viene inserito e rimosso durante il caricamento e lo scaricamento e la fase esistente della sostanza si trasforma in una nuova fase – «E’ possibile generare alta potenza senza perdere un’elevata densità di energia o ridurre la dimensione delle particelle durante la carica e scarica rapida, consentendo lo sviluppo di batterie agli ioni di litio di lunga durata. Nel caso di materiali a separazione di fase che subiscono il processo di creazione e crescita di nuove fasi durante il caricamento e lo scaricamento, esistono due fasi con volumi diversi all’interno di una singola particella, con conseguentemente molti difetti strutturali nell’interfaccia delle due fasi. Questi difetti inibiscono la rapida crescita di una nuova fase all’interno della particella, ostacolando il caricamento e lo scaricamento rapidi».
Utilizzando il metodo di sintesi sviluppato dal team di ricerca, si può indurre una fase intermedia che funge da “tampone strutturale” che può ridurre drasticamente la variazione di volume tra le due fasi in una particella.
Inoltre, lo studio ha confermato che questa fase intermedia tampone può aiutare a creare e far crescere una nuova fase all’interno della particella, migliorando la velocità di inserimento e rimozione del litio nella particella. Questo dimostra a sua volta che «La formazione della fase intermedia può aumentare notevolmente la velocità di carica e scarica della cella creando una reazione elettrochimica omogenea nell’elettrodo di cui sono composte numerose particelle».
Quindi, li elettrodi della batteria agli ioni di litio sintetizzati dal team di ricerca sudcoreano si caricano fino al 90% in 6 minuti e si scaricano del 54% in 18 secondi, qualcosa di promettente per lo sviluppo di batterie agli ioni di litio ad alta potenza.
Kang conclude: «L’approccio convenzionale è sempre stato un compromesso tra la sua bassa densità di energia e la rapida velocità di carica e scarica dovuta alla riduzione della dimensione delle particelle. Questa ricerca ha gettato le basi per lo sviluppo di batterie agli ioni di litio in grado di raggiungere velocità di carica e scarica rapide, alta densità di energia e prestazioni prolungate».