Nuova ricerca svela i meccanismi di degrado delle batterie

I cambiamenti strutturali che avvengono nelle batterie durante i processi di carica e scarica, e in particolare nella grafite, a seguito del passaggio degli ioni al suo interno, possono compromettere le prestazioni delle stesse batterie dalle più classiche piombo-acido fino a quelle a ioni litio. I risultati della ricerca aprono nuove opportunità per lo sviluppo di batterie più efficienti e sostenibili
 
 
Roma, 30 aprile 2024 - Un nuovo studio, condotto da un gruppo di ricerca internazionale guidato dall’Università degli Studi Roma Tre, ha guadagnato la copertina del numero di Aprile della rivista internazionale Link identifier #identifier__122345-1Physical Chemistry Chemical Physics della Royal Society of Chemistry.
 
Il lavoro, dal titolo Link identifier #identifier__55243-2“Nano-protrusions in intercalated graphite: understanding the structural and electronic effects through DFT”, rivela scoperte significative sui cambiamenti strutturali che avvengono nelle batterie durante i processi di carica e scarica, e in particolare nella grafite, a seguito del passaggio degli ioni al suo interno. Queste scoperte potrebbero avere importanti implicazioni per il miglioramento delle prestazioni delle batterie dalle più classiche piombo-acido fino a quelle a ioni litio.
Sebbene le batterie agli ioni di litio siano oggi al centro dell'attenzione per molti dispositivi elettronici e applicazioni energetiche, le batterie a piombo-acido continuano a essere importanti in diversi settori industriali, soprattutto perché offrono vantaggi che le rendono insostituibili in alcune applicazioni. Mentre le batterie agli ioni di litio sono la scelta predominante per veicoli elettrici e dispositivi elettronici portatili, le batterie a piombo-acido mantengono il loro ruolo chiave in applicazioni a basso costo e in contesti dove l'affidabilità è cruciale, come i camion, i veicoli industriali e le applicazioni di stoccaggio di energia.

“La grafite è un componente fondamentale sia nelle batterie agli ioni di litio sia in quelle a piombo-acido - racconta il Prof. Luca Tortora, docente di Chimica inorganica del Dipartimento di Scienze di Roma Tre, coordinatore del progetto - in entrambi i casi, l'intercalazione di ioni e i processi di degradazione che portano alla formazione di protuberanze sono fenomeni che influenzano le prestazioni e la durata della batteria. Capire meglio questi processi può portare a batterie più durature e affidabili, non solo nel campo delle batterie a piombo-acido, ma anche per le batterie al litio. Nel Dipartimento di Scienze studiamo da tempo i meccanismi di degrado delle batterie, una linea di ricerca che si inserisce nel progetto Dipartimento di Eccellenza 2023-2028 attribuito per il secondo quinquennio consecutivo al Dipartimento di Scienze dell'Università Roma Tre dal Ministero dell’Università e della Ricerca. Il progetto, che si chiama “Antropocene 2.0”, si concentra sulle tematiche legate agli impatti antropici sull’ambiente e la salute, nonché sulla ricerca della sostenibilità ambientale”.
 
Il team di ricerca internazionale dello studio, che comprende esperti da istituzioni di spicco come l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare - Sezione Roma Tre, il Dipartimento di Chimica dell'École Normale Supérieure a Parigi, il Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, il Dipartimento di Scienze dell'Università Roma Tre, e l'Université Grenoble Alpes, ha utilizzato una combinazione di simulazioni al computer e tecniche di microscopia avanzata per esaminare il fenomeno della formazione di nano-protuberanze nella grafite dovute alla presenza di singole ioni tra gli strati di grafene. I risultati suggeriscono che la distanza tra gli strati di grafite e il trasferimento di carica sono fattori chiave nella formazione di queste protuberanze, fornendo nuove prospettive per il miglioramento delle batterie in generale.

Questi risultati aprono nuove opportunità per lo sviluppo di batterie più efficienti e potrebbero portare a tecnologie elettroniche e automobilistiche più sostenibili. Gli scienziati coinvolti ritengono che le scoperte fatte potrebbero guidare ulteriori studi e applicazioni pratiche nel campo dell'energia e dell'elettronica di prossima generazione.
 
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