Batterie agli ioni di litio, le potenzialità dei materiali nanostrutturati

I materiali nanostrutturati rappresentano una soluzione ad alto potenziale per migliorare le prestazioni elettrochimiche delle batterie agli ioni di litio. E’ questo il risultato di uno studio realizzato dal gruppo di ricercatori del GameLab del Dipartimento di Scienza Applicata e Tecnologia del Politecnico di Torino in collaborazione con l’Università di Vienna. La ricerca è stata pubblicata come front cover sulla rivista “Advanced Energy Materials”.

La scoperta

I materiali compositi a base di nanostrutture di ossidi metallici misti mesoporosi, sottilissimi e dotati di multistrati bidimensionali di grafene, impiegati nella ricerca, sono stati sviluppati dai team di ricercatori del professor Claudio Gerbaldi (a capo del gruppo di ricerca GAMELab) e da quelli del professor Freddy Kleitz, docente dell’Università di Vienna. Questi materiali risultano essere più performanti in termini di prestazioni elettrochimiche nelle applicazioni all’interno di batterie al litio. “Nei test che abbiamo svolto, – spiega Gerbadi in nota – il nuovo materiale elettrodico aumenta drasticamente la capacità specifica del dispositivo, a cui si aggiunge una stabilità senza precedenti fino a 3.000 cicli di carica e scarica a correnti molto alte, che superano i 1.280 milliampere, mentre le attuali batterie Li-ione registrano una caduta delle prestazioni dopo circa 1.000 cicli di carica”.

Un nuovo materiale

Nello specifico gli studiosi hanno messo a punto un nuovo materiale frutto della combinazione di ossidi metallici misti e grafene. In questo modo si è riusciti a combinare al meglio gli aspetti positivi di entrambi i composti, sviluppando “una nuova famiglia di materiali elettrodici che mostrano caratteristiche migliori rispetto a quelle di molti ossidi di metalli di transizione nanostrutturati o compositi” sia termini di stabilità, sia in termini di conduttività e di quantità di energia immagazzinabile.

Le fasi del processo

La creazione di questo nuovo materiale ha previsto diverse fasi: partendo dalla miscelazione di rame e nichel, il composto è stato sottoposto a “nanocasting” per renderlo mesoporoso e, in un secondo momento, con il processo di spray drying, si sono ottenuti sottili fogli di grafene che si avvolgono strettamente attorno alle nanoparticelle di ossido metallico misto. Si è quindi riusciti a ottenere un notevole aumento della conducibilità elettronica e della stabilità meccanica.

Un processo sostenibile da un punto di vista economico

“Se confrontata agli approcci attualmente proposti nella moderna letteratura scientifica, la nostra innovativa strategia ingegneristica permette di ottenere un materiale anodico ad elevate prestazioni e lunga durata in modo relativamente semplice ed efficace. È un processo totalmente a base acquosa e, di conseguenza, altamente sostenibile dal punto di vista economico e pronto per essere portato allo step successivo di produzione industriale su larga scala”, concludono gli autori dello studio nella nota .