Il segreto dell’invecchiamento della batteria

L’autonomia della batteria è sempre stata una preoccupazione per i ricercatori, perché non importa quanto sia grande la batteria, non ha senso non caricarla più volte. Sappiamo tutti che le batterie al litio ridurranno la capacità durante l’uso, ma nessuno ne conosce il motivo. Recentemente, il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha scoperto la causa dell’invecchiamento della batteria: i cristalli su nanoscala.

I ricercatori hanno studiato attentamente i materiali catodici e i materiali catodici delle batterie moderne e hanno scoperto che questi materiali si corrodono direttamente durante l’uso, ma il meccanismo di corrosione non è ancora chiaro. Il team del Brookhaven National Laboratory ha studiato catodi di nichel-ossigeno di alta qualità al microscopio elettronico a trasmissione e ha registrato i loro cambiamenti durante ripetute cariche e scariche.

Più ne usi, meno ne usi

Gli esperimenti hanno dimostrato che quando gli ioni di litio passano attraverso gli elettrodi positivo e negativo, rimarranno bloccati nel canale ionico e reagiranno con l’ossido di nichel per formare minuscoli cristalli. Questi cristalli modificheranno la struttura interna della batteria in modo che altri ioni non possano reagire efficacemente, riducendo così la capacità utilizzabile della batteria. Sorprendentemente, questa debolezza è casuale, non regolare.

Il motivo per cui le batterie al litio sono imperfette è che i loro componenti sono imperfetti. Non importa quanto prestiamo attenzione alla struttura dell’anodo e del catodo, ci saranno lievi danni ai cristalli. Proprio come l’acqua bollente, una superficie irregolare rende più probabile la formazione di schiuma nell’acqua calda. Si ritiene che quando c’è una lacuna nei dati della batteria, appariranno i nanocristalli.

Più ne usi, meno ne usi

Freccia sinistra: canale agli ioni di litio; la destra è lo strato di perdita atomica

L’Agenzia per l’energia degli Stati Uniti ha anche lanciato un secondo studio sull’impatto della velocità di ricarica sulla capacità della batteria. Hanno scoperto che le batterie moderne stanno diventando sempre più piccole, il che a sua volta riduce la loro durata. Più grande è la batteria e più velocemente viene caricata, più lenta è la velocità di formazione dei nanocristalli.

Quindi, come possiamo fermare la comparsa dei nanocristalli? Almeno lascia che rallenti. C’è una soluzione teorica. I ricercatori hanno scoperto che utilizzando la deposizione atomica, possono colmare le lacune nei dati della batteria, il che può almeno rallentare lo sviluppo dei nanocristalli. Ciò riduce il dolore, ma almeno consente alla batteria di ridursi senza sacrificare la capacità. Naturalmente, i ricercatori stanno anche studiando modi per rompere i cristalli e rigenerare le vecchie batterie.

Questa ricerca potrebbe essere più preziosa della nuova capacità della batteria. Per l’hardware, la durata del prodotto dipende dal numero di ricariche e scariche. Ora, poiché il sistema di alimentazione utilizzato da molti hardware non può essere spento, questa ricerca può aiutarci a smettere di essere schiavi dell’energia.
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