Migliorare l'efficienza del litio

Secondo le tendenze ambientali globali, l’UE sta spingendo fortemente le industrie a diventare verdi. Tutti capiscono che il cambiamento climatico è qui ed è causato principalmente dalle emissioni di CO2, dove il settore dei trasporti è responsabile del 26% di tutte le emissioni di gas serra e, al suo interno, il 77% è generato dal trasporto su strada.

A causa di questi fattori, il settore automobilistico ha spostato la propria attenzione sui veicoli elettronici (EV). Tuttavia, si registra una carenza di vendite a causa delle preoccupazioni dei consumatori, tra cui il fatto che non avranno abbastanza autonomia per soddisfare le loro esigenze, dal momento che i materiali attualmente utilizzati all'interno delle batterie agli ioni di litio (LIB), che sono la fonte di energia dei veicoli elettrici, vengono utilizzati al loro livello massimo.

Inoltre, la crescente domanda di veicoli elettrici sta causando molte emissioni di CO2 durante la produzione delle batterie agli ioni di litio. Ciò può essere mitigato aumentando la capacità totale e la durata della batteria.

Le prestazioni di una LIB dipendono principalmente dal materiale dell'anodo della batteria. Attualmente, la grafite è il materiale anodico commerciale più popolare. Tuttavia, la capacità relativamente bassa del materiale ne limita l’ulteriore sviluppo. I materiali anodici a base di silicio (Si) sono un candidato popolare per la produzione di batterie agli ioni di litio di prossima generazione grazie alla loro elevata densità di potenza.

Il silicio è un'alternativa alla grafite come materiale anodico per la produzione di batterie agli ioni di litio. La sua capacità specifica teorica è di 4.212 mAh/g, mentre la capacità specifica teorica della grafite è di 372 mAh/g.

Tuttavia, l'elevata capacità iniziale dei compositi a base di nanosilicio diminuisce rapidamente con il ciclo, che è associato ad un aumento del suo volume fino a tre-cinque volte durante la litiazione-delitiazione del silicio. Tale rigonfiamento porta alla rottura del materiale dell'anodo e all'interruzione del contatto con il collettore di corrente.

Ricercatori di diversi paesi hanno proposto molti modi per migliorare l’efficienza degli anodi basati sul nano-silicio.

I meccanismi di degradazione della LIB sono complessi e dipendono da diversi fattori, il principale dei quali è l'agglomerazione delle nanoparticelle di silicio e i suoi cambiamenti volumetrici, che portano alla perdita di contatto tra le nanoparticelle di silicio e il materiale di carbonio, che porta alla degradazione della LIB durante il ciclo.

L'immagine seguente mostra come il silicio sia distribuito in modo non uniforme nel materiale di carbonio e formi agglomerati di dimensioni fino a 300 nm.

Il nostro team ha proposto un metodo originale per la sintesi di nanocompositi silicio-carbonio mediante esfoliazione a microonde (MW).

Sviluppo della tecnologia per la sintesi a microonde di nanocompositi silicio-carbonio e apparecchiature tecnologiche per la sua implementazione

Scegliendo un precursore, parametri operativi di radiazione MW, composizione e pressione della miscela di gas argon-monosilano, è stato possibile sintetizzare compositi silicio-carbonio con:

Conclusione sui vantaggi

I vantaggi del metodo MW per la sintesi di compositi silicio-carbonio (n-Si@MLG) sono i seguenti:

2. La possibilità di ottenere compositi contenenti n-Si in un ampio intervallo di concentrazioni (dal 5 all'80%). Ciò rende possibile sintetizzare materiali anodici per LIB con le caratteristiche desiderate; e3. La sintesi MW dei compositi silicio-carbonio viene effettuata in un'unica fase e ha un'elevata velocità con una resa del 100% del prodotto target.

Ciò semplificherà notevolmente la tecnologia per ottenere n-Si@MLG di una determinata composizione per la produzione di batterie agli ioni di litio e aumenterà la produttività creando una linea di produzione.

L'esfoliazione a microonde di C2F∙xR in un'atmosfera di monosilano (SiH4) ha permesso di ottenere strutture da MLG con una distribuzione uniforme di nanoparticelle di silicio di una determinata dimensione nello spazio interstrato di grafene.

I vantaggi dell'utilizzo del prodotto Adrianano nelle LIB

Questi vantaggi sopra menzionati garantiscono la stabilità del composito contro le fessurazioni quando il volume del silicio cambia durante il ciclo (trampolino) e, di conseguenza, la stabilità a lungo termine del funzionamento LIB.