Ricerca: raggiungi un'autonomia della batteria fino a 1000 km

Le future auto elettriche dovrebbero averne una Raggiunge un'autonomia della batteria fino a 1000 km. Finora alcuni di essi hanno un’autonomia di circa 700 chilometri con una singola carica. Un componente importante è il silicio, noto per la sua elevata capacità di stoccaggio. Un gruppo di ricerca ha studiato l'uso del silicone come materiale Materiale dell'anodo Testato con batterie agli ioni di litio.

Tuttavia, l’utilizzo del silicio come materiale per le batterie presenta delle sfide. Questo perché il silicone si espande più di tre volte quando viene caricato e si restringe alla sua dimensione originale quando viene scaricato. Ciò influisce sull'efficienza della batteria.

Sistema di batterie di nuova generazione

Durante le indagini, la squadra si è evoluta Sistema di batterie agli ioni di litio di nuova generazione ad alta densità di energia. In primo luogo, i ricercatori hanno utilizzato silicio di dimensioni nanometriche e il problema è parzialmente scomparso. Tuttavia, il processo di produzione è molto complesso e costoso.

D’altro canto, il silicio su piccola scala (1000 nm) è molto più economico e ha una migliore densità energetica. Le particelle di silicio più grandi evidenziano il problema dell'espansione durante il funzionamento della batteria. Pertanto non è adatto come materiale anodico.

Infine, il gruppo di ricerca ha utilizzato elettroliti polimerici gelatinosi per sviluppare un sistema di batterie a base di silicio economico e stabile. L'elettrolita in una batteria agli ioni di litio è un componente critico che consente il movimento degli ioni tra il catodo e l'anodo.

Elettroliti gel e microparticelle di silicone forniscono la soluzione

A differenza dei tradizionali elettroliti liquidi, gli elettroliti gel sono allo stato solido o gelatinoso. Questo presenta una struttura polimerica flessibile che ha una migliore stabilità rispetto alle sue controparti liquide.

Il gruppo di ricerca ha utilizzato un fascio di elettroni per formare legami covalenti tra microparticelle di silicio ed elettroliti gel. Questi legami covalenti dissipano le tensioni interne causate dall'espansione del volume durante il funzionamento della batteria agli ioni di litio. Ciò mitiga le piccole dimensioni del silicone. Ciò migliora anche la stabilità strutturale.

Anche quando le microparticelle di silicio (5.000 nanometri o 5 micrometri) erano centinaia di volte più grandi di quelle dei nanoanodi di silicio convenzionali, le prestazioni della batteria sono rimaste stabili. Anche i sistemi elettrolitici in gel di silicone hanno una conduttività ionica simile alle batterie tradizionali con elettroliti liquidi, ma con una densità di energia migliore di circa il 40%. Secondo il gruppo di ricerca, anche la produzione non è complicata.

Studiare

Lo studio è stato pubblicato il 17 gennaio 2024 sulla rivista Advanced Science: Formulazione di legami covalenti indotti da fasci di elettroni per un anodo di microparticelle di silicio stabile e ad alta densità di energia (Formulazione di legami covalenti indotti da fasci di elettroni per anodi di microparticelle di silicio stabili e ad alta densità di energia).