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Osservare la distribuzione del litio di una batteria per ottimizzare la carica

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Il Dr. Anatoliy Senyshyn monta un campione da analizzare con neutroni al diffrattometro a struttura in polvere SPODI all’Heinz Maier-Leibnitz Zentrum. Credito: Bernhard Ludewig, FRM II /TUM

Un gruppo di ricerca guidato dall’Università tecnica di Monaco (TUM) ha esaminato in modo approfondito il funzionamento interno delle batterie durante la carica e la scarica. Le loro scoperte possono aiutare a ottimizzare i processi di ricarica.

Quando un’auto elettrica è in carica, l’indicatore di carica si muove prima velocemente, poi molto più lentamente alla fine. “È come mettere le cose in un armadio: all’inizio è facile, ma trovare lo spazio disponibile diventa più difficile man mano che l’armadio si riempie”, afferma il dott. Anatoliy Senyshyn della Research Neutron Source Heinz Maier-Leibnitz (FRM II dell’Università Tecnica di Monaco di Baviera). ).

La struttura interna di una batteria sia prima che dopo il processo di carica è già nota. Guidato dall’Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ) del TUM, un team di ricerca ha osservato per la prima volta la distribuzione del litio di una batteria durante l’intero processo di carica e scarica con il diffrattometro per la scienza dei materiali STRESS-SPEC. Hanno quindi verificato le misurazioni utilizzando il diffrattometro a polvere ad alta risoluzione SPODI.

La distribuzione degli ioni di litio è cruciale

Gli ioni di litio si spostano dal catodo all’anodo durante la carica e nella direzione inversa durante la scarica. Nelle loro ricerche, i ricercatori hanno accertato che la distribuzione del litio cambia costantemente durante la carica e la scarica. “Quando il litio è distribuito in modo non uniforme, lo scambio di litio tra anodo e catodo non funziona al cento per cento nelle parti della batteria in cui è presente troppo o troppo poco litio. Tuttavia, una distribuzione uniforme del litio aumenta le prestazioni “, dice Senyshyn.

Più esatto, più piccolo, migliore

I ricercatori sono riusciti a catturare la distribuzione irregolare del litio in una batteria con immagini ad alta risoluzione: per ottenere la situazione dell’intera batteria, hanno studiato un piccolo volume parziale dopo l’altro e hanno messo insieme queste singole immagini per formare un quadro generale.

Con l’aiuto del DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) dell’Associazione Helmholtz e dell’European Synchrotron Radiation Facility ESRF, è stato possibile selezionare volumi parziali con dimensioni dell’ordine dei micrometri. Di conseguenza, i ricercatori hanno scoperto che il litio è distribuito in modo non uniforme non solo lungo gli strati degli elettrodi, ma anche perpendicolarmente agli strati.

Gli effetti osservati possono aiutare nello sviluppo a lungo termine di batterie ricaricabili, ad esempio per le auto elettriche, afferma Senyshyn: “La distribuzione del litio può influenzare molte proprietà delle batterie. Una volta che le avremo meglio sotto controllo, saremo in grado di migliorare le prestazioni delle batterie in futuro.”


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