Si \u00e8 creduto a lungo che i catodi monocristallini avrebbero risolto i problemi di durata delle batterie perch\u00e9 privi delle giunzioni interne (bordi di grano) dove tipicamente si formano le crepe. Ma un nuovo studio, pubblicato sulla rivista Nature Nanotechnology, rivela che alcuni monocristalli possono iniziare a fessurarsi dall'interno dopo soli 100 cicli di carica-scarica.
Perch\u00e9 il nichel non \u00e8 sufficiente? La maggior parte dei produttori di veicoli elettrici punta su catodi con un alto contenuto di nichel, poich\u00e9 ci\u00f2 consente una maggiore densit\u00e0 energetica e un'autonomia maggiore. Il problema sorge ad alte tensioni, quando la rimozione del litio indebolisce i legami di ossigeno nella struttura. Quando si formano delle crepe, l'elettrolita liquido le penetra, innescando reazioni chimiche indesiderate. Queste reazioni non solo riducono la capacit\u00e0, ma aumentano anche il riscaldamento e quindi il rischio di incendio.
Il team di ricerca guidato dal Dott. Jing Wang ha addirittura scoperto che il problema non sono le giunture, ma il movimento irregolare degli ioni di litio. All'interno di una singola particella cristallina, alcune regioni assorbono il litio pi\u00f9 velocemente di altre. Questo crea incongruenze nel reticolo cristallino:
\u2013 La superficie della particella cambia rapidamente, mentre il nucleo resta indietro.
\u2013 Quando l\u2019espansione o la contrazione superano il limite elastico del materiale, il cristallo si crepa.
\u2013 La ricarica rapida aumenta questi rischi perch\u00e9 costringe il litio a muoversi ancora pi\u00f9 velocemente e in modo meno uniforme.
Sebbene l'industria stia cercando di ridurre l'uso del costoso cobalto, i test hanno dimostrato che una piccola quantit\u00e0 di questo elemento in monocristalli pu\u00f2 effettivamente aiutare. Il cobalto "smussa" il flusso del litio e riduce la formazione di zone ad alta tensione. D'altra parte, il manganese in questi campioni ha rallentato le reazioni e aumentato la probabilit\u00e0 di cricche, pur essendo un'alternativa pi\u00f9 economica e meno controversa dal punto di vista etico.
Gli scienziati sottolineano ora che il futuro delle batterie potrebbe non risiedere nella massimizzazione dell'energia, ma nell'assicurare reazioni uniformi in tutto il materiale. Il prossimo passo sar\u00e0 trasferire queste conoscenze dalle particelle di laboratorio alle celle complete della batteria, che dovranno resistere alle condizioni di guida reali. L'obiettivo \u00e8 trovare elementi accessibili che stabilizzino il nichel senza causare nuove forme di danno interno.<\/p>\n