Una scoperta che rivoluziona il futuro dei veicoli elettrici

Una svolta decisiva per l’industria dei veicoli elettrici, i ricercatori hanno scoperto un modo per prevenire un effetto collaterale dannoso e potenzialmente pericoloso che può verificarsi durante la ricarica rapida: la placcatura al litio.

La placcatura al litio può verificarsi nelle batterie agli ioni di litio durante la ricarica rapida, riducendo la durata della celle e causando cortocircuiti che, nei casi peggiori, possono provocare incendi o esplosioni.

Cos'è la placcatura al litio

Il fenomeno si verifica quando si utilizzano delle infrastrutture di ricarica rapida (correnti elevate). Durante la ricarica, gli ioni di litio si accumulano sulla superficie dell’anodo della batteria (noto anche come elettrodo negativo) e invece di intercalarsi si accumulano formando uno strato di litio metallico. Questo spessore che si depone continua a crescere consumando di conseguenza del litio che potrebbe essere utilizzato nella batteria.

Creando della dendrite di litio sulla superficie dell'anodo la porosità dell'elettrodo negativo si riduce e impedisce l'ingresso di altri ioni di litio. Ciò significa prestazioni ridotte, una durata di vita più breve della batteria e il rischio di danneggiarla irrimediabilmente.

Risolvere il problema della placcatura una obiettivo comune

La ricerca su come risolvere questo problema, è stata intrapresa da un team guidato dall'Università della California di San Diego, con la collaborazione di ricercatori internazionali provenienti da realtà prestigiose come il Massachusetts Institute of Technology (MIT), il Faraday Institution, l'Università di Pechino, ecc.

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Cambiare la velocità di funzionamento dei caricabatterie

Uno studio ha rilevato che la tensione a corrente costante non è adatta per la ricarica rapida a causa dell’elevata corrente che deve essere utilizzata. I ricercatori hanno già esaminato una serie di opzioni diverse, come la corrente pulsata, la corrente variata, la corrente costante multistadio o un profilo ibrido che combina diverse modalità. Gli autori dello studio affermano che per una ricarica Fast rapida in DC di 20 minuti, dovrebbe esserci un periodo di riposo di almeno 3 minuti al 45% dello stato di carica (SOC). Dando al pacco batteria il tempo di "rilassarsi", si dà all'elettrodo negativo il tempo di assorbire gli ioni di litio, il recupero rimuove qualsiasi litio placcato riducendo la perdita di capacità istantanea e arrestando la formazione di depositi di litio metallico che staccandosi dalla superficie dell’elettrodo durante la scarica vengono intrappolati come “litio morto”.

La nostra ricerca ha rivelato che i meccanismi di litiazione delle particelle di grafite variano in condizioni distinte, a seconda della loro morfologia, dimensione, forma e orientamento della superficie. Ciò influisce in gran parte sulla distribuzione del litio e sulla propensione alla placcatura al litio.
Dottor Xuekun Lu della Queen Mary University di Londra

Il gruppo di ricerca, guidato dal dottor Xuekun Lu, ha scoperto che la chiave per eliminare la placcatura al litio in un anodo di grafite è l’ottimizzazione della sua microstruttura. Ciò viene fatto perfezionando la morfologia delle particelle e degli elettrodi per garantire un'attività di reazione omogenea e una ridotta saturazione locale del litio.

La chiave di volta

Oltre a tempi di ricarica più rapidi, lo studio ha anche scoperto che il perfezionamento della microstruttura dell’elettrodo di grafite può migliorare la densità energetica della batteria, ottenendo di conseguenza una maggiore autonomia con una singola carica. Queste scoperte costituiscono un importante progresso nello sviluppo di pacchi batteria per veicoli elettrici.

Una ricarica più rapida, batterie più durature e sicure, una svolta significativa per convincere anche i più titubanti a passare all’elettrico?

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