[lid]- Il professor Won Bae Kim e il suo team del POSTECH coreano utilizzano lo spin elettronico del materiale anodico per aumentare la capacità e accelerare la carica nelle batterie agli ioni di litio.
Il professor Won Bae Kim e il suo team di POSTECH utilizzano lo spin elettronico del materiale anodico per aumentare la capacità e accelerare la carica nelle batterie agli ioni di litio.
La ricarica di un veicolo elettrico di solito richiede circa 10 ore o più e, anche con metodi di ricarica rapida, sono necessari almeno 30 minuti. Ciò presupponendo che ci sia un posto disponibile presso una stazione di ricarica. Se potessimo ricaricare i veicoli elettrici con la stessa rapidità con cui riforniamo le auto a benzina, potremmo contribuire ad alleviare la carenza di stazioni di ricarica per veicoli elettrici.
L’efficienza delle batterie agli ioni di litio, del tipo utilizzato nei veicoli elettrici, è determinata dalla capacità del materiale anodico di immagazzinare gli ioni di litio. Di recente, il professor Won Bae Kim, del Dipartimento di ingegneria chimica e del Graduate Institute of Ferrous & Energy Materials Technology presso la Pohang University of Science and Technology (POSTECH, presidente Moo Hwan Kim), ha guidato un gruppo di ricerca per sviluppare un nuovo materiale anodico. Il suo team, che comprendeva il dottorato di ricerca. i candidati Song Kyu Kang e Minho Kim del Dipartimento di ingegneria chimica, hanno sintetizzato nanofogli di ferriti di manganese (Mn3-xFexO4) utilizzando un nuovo metodo di autoibridazione che prevede un semplice processo derivato dalla sostituzione galvanica. Questa tecnica innovativa aumenta la capacità di archiviazione di circa 1. 5 volte superiore al limite teorico e consente di ricaricare un veicolo elettrico in soli sei minuti. La ricerca è stata riconosciuta per la sua eccellenza ed è stata pubblicata in copertina su Advanced Functional Materials.
In questo studio, il team di ricerca ha ideato un nuovo metodo per sintetizzare ferriti di manganese come materiale anodico noto per la sua superiore capacità di immagazzinamento di ioni di litio e proprietà ferromagnetiche. Innanzitutto, una reazione di sostituzione galvanica*1ha avuto luogo in una soluzione di ossido di manganese mescolato con ferro, portando ad un composto eterostruttura con ossido di manganese all’interno e ossido di ferro all’esterno. Il team ha inoltre utilizzato un metodo idrotermale*2per creare fogli di ferriti di manganese spessi nanometri con aree superficiali espanse. Questo approccio ha sfruttato elettroni altamente polarizzati in spin, che hanno notevolmente migliorato la capacità di immagazzinamento di una notevole quantità di ioni di litio. Questa innovazione ha consentito al team di superare di oltre il 50 percento la capacità teorica del materiale dell’anodo di ferrite di manganese.
L’ampliamento della superficie del materiale anodico ha facilitato il movimento simultaneo di una grande quantità di ioni di litio, migliorando così la velocità di ricarica della batteria. I risultati sperimentali hanno dimostrato che sono necessari solo sei minuti per caricare e scaricare una batteria con una capacità equivalente a quella utilizzata nei veicoli elettrici attualmente in commercio. Questo studio ha perfezionato l’impegnativo processo di sintesi per fare un passo avanti nella capacità teorica del materiale anodico e accelerare significativamente il processo di ricarica della batteria.
Il professor Won Bae Kim, che ha guidato la ricerca, ha dichiarato: “Abbiamo offerto una nuova comprensione su come superare i limiti elettrochimici dei materiali anodici convenzionali e aumentare la capacità della batteria applicando il design razionale con l’alterazione della superficie utilizzando lo spin dell’elettrone”. Ha espresso ottimismo sul fatto che questo sviluppo potrebbe portare a una maggiore durata della batteria e a tempi di ricarica ridotti per i veicoli elettrici.
Questa ricerca è stata condotta con il supporto del programma Mid-Career Researcher e dell’Advanced Research Center Program della National Research Foundation of Korea e del Ministero della Scienza e delle TIC, e del Ministero del Commercio, dell’Industria e del Programma dell’Energia per migliorare le prestazioni di Next Generazione di batterie ricaricabili agli ioni di litio e sviluppo di nuove tecnologie di produzione.
1. Reazione di sostituzione galvanica
Una reazione elettrochimica quando un metallo incontra uno ione metallico con un potenziale di riduzione più elevato
2. Metodo idrotermale
Un metodo per sintetizzare nanoparticelle e microparticelle facendo reagire una soluzione acquosa contenente ioni metallici ad alta temperatura e pressione
