Perché la vecchia tecnica produce materiali per batterie migliori

Secondo l’università, l’uso della macinazione a sfere ha rappresentato un’enorme area di crescita nel settore delle batterie agli ioni di litio.

Si tratta di ruotare i precursori per ottenere il materiale dell’elettrodo desiderato in un barile insieme a sfere dure e pesanti per molte ore. L’obiettivo è produrre l’elettrodo chimico desiderato con la struttura cristallina corretta – e lo fa, ma come?

“Studi precedenti avevano portato gli esperti a credere che la sintesi di questi materiali fosse causata dal riscaldamento localizzato generato nel processo di macinazione”, ha affermato l’università.

Tuttavia, il suo team ha identificato l’impatto meccanico delle palline come altrettanto importante, se non di più.

“Questa scoperta è stata quasi un incidente”, ha detto il chimico professor Peter Slater (nella foto). “Abbiamo macinato il molibdato di litio come sistema modello per esplorare il redox dell’ossigeno nelle batterie e abbiamo notato che c’era una trasformazione di fase nel polimorfo dello spinello ad alta pressione, una struttura cristallina specifica che in precedenza era stata realizzata solo in condizioni di alta pressione. Il solo riscaldamento locale non potrebbe spiegare questa trasformazione”.

Era il polimorfo spinello ad alta pressione di Li₂Muggire₄ che si è formata, dopo solo pochi minuti – una struttura precedentemente raggiunta solo ad alta temperatura e ad una pressione di 10.000 atmosfere, ha detto Birmingham.

Si è poi proceduto alla macinazione a sfere di altri materiali per batterie e, tra le altre scoperte, è stato che alcuni dei composti tornavano al loro stato pre-macinato quando riscaldati, inchiodando la forza indotta dall’impatto anziché il riscaldamento come variabile significativa.

“Abbiamo trovato risultati simili macinando fasi disordinate di salgemma”, ha spiegato la collega ricercatrice Elizabeth Driscoll. “Questa migliore comprensione dell’effetto della macinazione a palle è entusiasmante per i ricercatori in questo campo”.

La struttura del “salgemma disordinato” è proposta per una nuova generazione di materiali per elettrodi che possono partecipare a reazioni redox sia anioniche che cationiche senza cambiare molto il volume durante la carica e la scarica.

L’Università di Birmingham ha collaborato con l’Università di Cambridge, la Faraday Institution (Oxfordshire) e l’Istituto federale per la ricerca e le prove sui materiali di Berlino.

Per ulteriori informazioni, leggi “Sotto pressione: offrire informazioni fondamentali sui cambiamenti strutturali sui materiali delle batterie per macinazione a palle”, pubblicato su Energy and Environmental Science (documento completo disponibile senza pagamento).