Miglioramenti in vista per le batterie al Litio Ferro-Fosfato usate nei veicoli elettrici

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Formazione della nuova fase superficiale. (a-d) Immagine ripreso dal SEM della formazione della fase superficiale sullo strato di LiFePO4 conseguente al rivestimento in carbonio. (e) Rappresentazione schematica della costituzione della fase superficiale dello strato di LiFePO4. Scala metrica: 1 mm (a), 500 µm (b), 100 µm (c) e 1 µm (d) - Image Credit: Brookhaven National Laboratory
Formazione della nuova fase superficiale. (a-d) Immagine ripreso dal SEM della formazione della fase superficiale sullo strato di LiFePO4 conseguente al rivestimento in carbonio. (e) Rappresentazione schematica della costituzione della fase superficiale dello strato di LiFePO4. Scala metrica: 1 mm (a), 500 µm (b), 100 µm (c) e 1 µm (d) - Image Credit: Brookhaven National Laboratory
Formazione della nuova fase superficiale. (a-d) Immagine ripreso dal SEM della formazione della fase superficiale sullo strato di LiFePO4 conseguente al rivestimento in carbonio. (e) Rappresentazione schematica della costituzione della fase superficiale dello strato di LiFePO4. Scala metrica: 1 mm (a), 500 µm (b), 100 µm (c) e 1 µm (d) – Image Credit: Brookhaven National Laboratory

Una ricerca di stampo tutto canadese ha identificato uno dei problemi sin’ora insoluti che affliggono le capacità delle batterie al Litio Ferro-Fosfato impiegate nel campo dei veicoli elettrici, vale a dire come migliorarne le capacità conduttive.

Proprio allo sviluppo ulteriore di questo tipo di accumulatori, tra i più utilizzati negli ultimi anni, stanno lavorando la Western University, Il Canada Research Chair in Materials and Synchroton T.K. Sham, il Brookhaven National Laboratory ed il Canadian Light Source, con la partecipazione esterna del produttore Clariant Canada (ex Phostech Lithium Inc.).

Ciò che i ricercatori capitanati da Xueliang “Andy” Sun nella Facoltà di Ingegneria della Western University hanno individuato è un problema collaterale al rivestimento delle particelle di Litio Ferro-Fosfato con carbonio, soluzione introdotta nel tempo proprio per migliorarne le performance conduttive.

Le batterie con chimica LiFePO4 si sono affermate come soluzione per l’accumulo di energia nei veicoli elettrici grazie alla buona media fra capacità, disponibilità in natura dei componenti di base e, soprattutto, stabilità termica: tuttavia, in una prima fase del loro sviluppo, richiesero la diminuzione della loro intrinsecamente alta resistenza elettrica per diventare competitive sul mercato.

Una delle risposte al problema venne trovata nel rivestire le particelle di LiFePO4 con materiali conduttori, primo fra tutti il carbonio. Il processo di rivestimento stesso, facilmente immaginabile nella struttura di una batteria realizzata per fogli sovrapposti di LiFePO4 e carbonio, provocherebbe però una parziale diminuzione della capacità conduttiva della superficie dei materiali stessi.

Dalle scansioni eseguite al microscopio elettronico (SEM) gli studiosi canadesi hanno scoperto che le alte temperature necessarie al processo, comprese fra i 600° ed i 900° C, hanno come conseguenza lo scioglimento parziale delle superfici dei materiali, con la formazione di isole differenti per stato (liquido-solido) e “tasche” o bolle che compromettono la continuità della conduzione sulla superficie dei materiali interessati.

Il risultato sarebbe il cambiamento di fase dello strato che riveste il LiFePO4, dipendentemente anche dalle dimensioni degli elementi in gioco: a scala nanometrica, ossia con unità di misura pari ad un miliardesimo di metro, le particelle si mostrano decisamente stabili alle alte temperature, mentre è a scala micrometrica (un milionesimo di metro) che si evidenziano drastici cambiamenti di stato cui conseguono delle discontinuità nel materiale che influiscono negativamente sulle sue capacità.

La Western University, insieme ai suoi partner di ricerca, lavora dal 2011 al miglioramento delle batterie al Litio Ferro-Fosfato poiché ritenute da una larga parte della comunità scientifica la formulazione più affidabile per l’impiego nel campo dei trasporti.

Il carbonio come rivestimento è considerato fondamentale per migliorare la conduttività di queste batterie e la scoperta fatta da Sun e dai suoi colleghi è considerata di notevole importanza in quanto fa compiere un passo avanti alla comprensione dei fenomeni chimici che riguardano loro produzione ed identifica un punto sul quale agire per aumentarne le prestazioni.

 

 

Andrea Lombardo

Fonte: Brookhaven National Laboratory

 

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