Caratterizzare i nuovi materiali per le batterie I dispositivi per l’accumulo elettrochimico dell’energia saranno fondamentali per il futuro panorama energetico, e sono le batterie agli ioni di litio (Li-ion) a guidare la carica. Una comprensione dell’ambiente locale del litio su scala atomica supporterà la progettazione razionale di batterie migliori. Energia © Thinkstock Riuscire a soddisfare le richieste energetiche mondiali in un modo sostenibile riducendo la dipendenza dai combustibili fossili è una delle sfide più importanti del XXI secolo. Le batterie Li-ion sono all’avanguardia in questo campo in diversi modi. Esse hanno rivoluzionato l’elettronica di consumo, stanno velocemente penetrando nel mercato delle automobili elettriche e sono destinate a dominare il settore dell’accumulo energetico in rete. Il progetto finanziato dall’UE IONELECTRO (Molecular origins of electrochemical energy storage properties in lithium-ion batteries and supercapacitors) ha gettato una importante nuova luce sui meccanismi su scala atomica per la progettazione razionale di batterie Li-ion migliori. La struttura è sempre per natura collegata alla funzione, e questo è valido anche per le batterie Li-ion. Tuttavia, le strutture amorfe e i difetti sono difficili da analizzare a livello atomico o di trasporto ionico. Sfruttando la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) allo stato solido all’avanguardia recentemente sviluppata, gli scienziati hanno rivelato dei dettagli fondamentali sui materiali di prossima generazione per elettrodo ed elettrolita delle batterie Li-ion. I ricercatori hanno sviluppato un nuovo approccio sperimentale basato sulla NMR per identificare e caratterizzare le strutture e gli ambienti locali del litio in solidi contenenti questo elemento e i difetti su scala atomica negli elettrodi cristallini della batteria Li-ion. Gli scienziati sono riusciti a mostrare le proprietà su scala atomica del litio in ambienti differenti con dettagli senza precedenti per dei risultati importanti. Al contrario di altre tecniche le quali suggeriscono che un promettente materiale di prossima generazione per l’elettrodo della batteria Li-ion (LiVPO4F) è molto ben cristallizzato, i nuovi esperimenti hanno mostrato un elevato numero di difetti e la loro natura. Gli studi sulle origini dei difetti e del loro impatto sulle proprietà elettrochimiche sono attualmente in corso. Sono state inoltre trovate differenze negli ambienti locali del Li in due forme di un altro elettrodo molto promettente della batteria Li-ion (Li2Fe(SO4)2). Gli elettroliti solidi polimerici non sono infiammabili e sono generalmente più sicuri rispetto agli elettroliti organici liquidi. Le nuove tecniche NMR hanno rivelato nuove informazioni riguardanti il modo in cui gli ioni si diffondono in varie scale temporali e spaziali in differenti elettroliti polimerici. Ci si aspetta che la comprensione della natura elettrochimica dei materiali della batteria Li-ion su scala atomica aiuti gli scienziati nella loro ricerca di elettrodi ed elettroliti solidi per la batteria Li-ion progettati in modo razionale, e perciò significativamente migliorati. Questo a sua volta sarà un prezioso contributo al futuro della mappa energetica globale, riducendo la dipendenza dall’uso di combustibili fossili per la salute del pianeta. Parole chiave Elettrochimico, accumulo energia, Li-ion, batterie, supercondensatori, NMR
