Con il passaggio a fonti energetiche “più ecologiche”, la domanda di batterie ricaricabili agli ioni di litio è in aumento. Tuttavia, i loro catodi contengono tipicamente cobalto, un metallo la cui estrazione ha elevati costi ambientali e sociali. Ora, i ricercatori in ACS Scienza Centrale riferiscono di valutare un materiale catodico a base di carbonio, abbondante sulla terra, che potrebbe sostituire il cobalto e altri metalli scarsi e tossici senza sacrificare le prestazioni della batteria agli ioni di litio.
Oggi, le batterie agli ioni di litio alimentano qualsiasi cosa, dai telefoni cellulari ai laptop ai veicoli elettrici. Uno dei fattori limitanti per realizzare un passaggio globale all’energia prodotta da fonti rinnovabili – in particolare per la transizione dalle auto a benzina ai veicoli elettrici – è la scarsità e la difficoltà di estrazione dei metalli, come cobalto, nichel e magnesio, utilizzato nella produzione di catodi di batterie ricaricabili. Precedenti ricercatori avevano sviluppato catodi da materiali contenenti carbonio più abbondanti e a basso costo, inclusi organozolfo e composti carbonilici, ma quei prototipi non potevano eguagliare la produzione di energia e la stabilità delle tradizionali batterie agli ioni di litio.
Quindi, Mircea Dincă e i suoi colleghi volevano vedere se altri materiali catodici a base di carbonio potessero avere più successo. Potrebbero aver trovato un degno candidato nel bis-tetraaminobenzochinone (TAQ). Le molecole TAQ formano strutture a stato solido stratificate che possono potenzialmente competere con le tradizionali prestazioni dei catodi a base di cobalto.
Basandosi sul lavoro precedente che aveva dimostrato l’efficacia del TAQ come materiale per supercondensatori, il team di Dincă ha testato il composto in un catodo per batterie agli ioni di litio. Per migliorare la stabilità del ciclo e aumentare l’adesione della TAQ al collettore di corrente in acciaio inossidabile del catodo, hanno aggiunto materiali contenenti cellulosa e gomma al catodo TAQ. Nella dimostrazione dimostrativa dei ricercatori, il nuovo catodo composito ha eseguito cicli di sicurezza più di 2.000 volte, ha fornito una densità di energia superiore rispetto alla maggior parte dei catodi a base di cobalto e si è caricato-scaricato in soli sei minuti. I catodi basati su TAQ necessitano di ulteriori test prima di apparire sul mercato, ma i ricercatori sono ottimisti sul fatto che potrebbero consentire la realizzazione di batterie ad alta energia, di lunga durata e a ricarica rapida necessarie per contribuire ad accelerare la transizione globale verso un futuro di energia rinnovabile che sia senza cobalto e nichel.
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