Il rapido sviluppo dei veicoli elettrici e dei dispositivi elettronici ad alta potenza ha alimentato la crescente domanda di batterie agli ioni di litio a ricarica ultraveloce. Tuttavia, le attuali batterie ricaricabili agli ioni di litio soffrono di un grave decadimento della potenza durante i processi di ricarica rapida e possono persino portare a guasti catastrofici, con conseguenti rischi per la sicurezza. Ciò deriva principalmente dall'instabilità elettrochimica all'interfaccia anodo-elettrolita, che innesca una dannosa deposizione di litio metallico sulla superficie della batteria e una scarsa stabilità termica.
Negli ultimi anni, i materiali anodici ad alta tensione si sono affermati come alternative molto promettenti per inibire l'eccessiva deposizione di litio e la formazione di strati instabili di interfaccia solido-elettrolita (SEI). Nonostante questi vantaggi, i materiali all'avanguardia presentano ancora limitazioni dovute a una conduttività ionica e una stabilità termica insoddisfacenti, che ne compromettono la potenza erogata e l'affidabilità a lungo termine.
Secondo quanto riportato dai media stranieri, per risolvere questi problemi, un team di ricerca guidato dal professore associato Dongwook Han presso l'Università Nazionale di Scienza e Tecnologia di Seoul ha sviluppato un materiale anodico a base di fosfato di litio e titanio non stechiometrico (OS) con una struttura di tipo NASICON. Questo materiale è noto per la sua eccezionale stabilità strutturale e termica. La sua progettazione consente di indurre una trasformazione di fase spontanea al di sotto della superficie delle particelle di materiale attivo, superando così le limitazioni cinetiche e ottenendo prestazioni di ricarica rapida stabili.
I risultati di questa ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Advanced Functional Materials.
Modulazione di superficie per il trasporto accelerato di ioni
Il fosfato di litio e titanio (LTP) possiede una struttura di tipo superconduttore ionico di sodio (NASICON), che vanta un'eccezionale stabilità strutturale e termica, nonché rapidi canali di diffusione degli ioni di litio. Per sfruttarne appieno il potenziale, i ricercatori hanno adottato una strategia di progettazione non stechiometrica, aumentando deliberatamente il rapporto tra fosforo (P) e titanio (Ti). Tale composizione carente di titanio genera domini di fosfato di titanio (TPO) in prossimità della superficie delle particelle di LTP.
Queste regioni ricche di TPO agiscono come canali cinetici ad alta efficienza, abbassando la barriera energetica per il trasporto degli ioni di litio attraverso l'interfaccia anodo-elettrolita e creando percorsi di trasferimento ionico veloci vicino alle superfici delle particelle. Inoltre, i legami P-O-P altamente flessibili all'interno della struttura TPO forniscono flessibilità strutturale per adattarsi alle variazioni di volume durante i cicli di carica rapida e proteggono la struttura di tipo NASICON da danni irreversibili.
Prestazioni solide anche in condizioni di ricarica rapida.
Di conseguenza, nei test di capacità di carica rapida, l'indicatore vitale che valuta la capacità di carica veloce, l'anodo composito OS-LTP-carbonio (OS-LTP/C) ha mantenuto un notevole 86% della sua capacità iniziale alla velocità di carica di 10C, mentre la capacità dell'anodo composito LTP/C puro è diminuita drasticamente.
Questo materiale offre inoltre un'eccellente stabilità ciclica dopo oltre 250 cicli. Le configurazioni a cella completa mostrano prestazioni di carica/scarica altrettanto elevate e un'ampia compatibilità con catodi ad alta tensione.
Un percorso più ampio verso batterie più sicure
"Il nostro metodo crea un paradigma completamente nuovo per la progettazione di batterie a ricarica rapida e può essere ampiamente applicato a molteplici sistemi di accumulo di energia futuri, comprese le batterie a stato solido", ha sottolineato Han. "Questa strategia di progettazione può rendere i veicoli elettrici più pratici riducendo i tempi di ricarica, migliorando la sicurezza e offrendo supporto alle reti elettriche alimentate da energie rinnovabili."
In conclusione, questa strategia di progettazione non stechiometrica affronta uno dei principali ostacoli incontrati dalle batterie ricaricabili e offre un approccio promettente per la tecnologia di accumulo di energia a ricarica ultraveloce, pronta per la commercializzazione.
Data di pubblicazione: 7 agosto 2026