La “combustione” può produrre catodi per il litio

Oct 19, 2023

15 marzo 2023 di Nancy Stauffer

Le cose che bruciano producono fuliggine. E quella fuliggine contiene materiali che sono stati trasformati in qualcos'altro. COMENancy Stauffer al MITspiega, una nuova ricerca ha dimostrato che è possibile utilizzare il processo di combustioneprodurre catodi in modo molto più economico, più veloce, più semplice e con meno energia rispetto al metodo standard . È un altro esempio, proveniente da una direzione inaspettata, di innovazionitagliando i costi di una componente essenziale della transizione energetica: le batterie . I test mostrano che le batterie agli ioni di litio risultantifunzionano allo stesso modo di quelli utilizzati oggi nei veicoli elettrici , fornendo un'autonomia di guida, una velocità di carica e scarica e una durata paragonabili. I passaggi essenziali del nuovo processo sonogià utilizzato altrove nell’industria, quindi i ricercatori ritengono che una rapida commercializzazione e ampliamento dovrebbero essere possibili.

Usare la combustione per produrre batterie migliori . Un team del MIT sta lavorando per sfruttare la combustione per produrre materiali preziosi, inclusi alcuni fondamentali nella produzione di batterie agli ioni di litio.Di Nancy Stauffer,Notizie del MIT.

Per più di un secolo, gran parte del mondo ha funzionato grazie alla combustione di combustibili fossili. Ora, per scongiurare la minaccia del cambiamento climatico, il sistema energetico sta cambiando. In particolare, i sistemi solari ed eolici stanno sostituendo la combustione di combustibili fossili per generare elettricità e calore, e le batterie stanno sostituendo il motore a combustione interna per alimentare i veicoli. Con il progredire della transizione energetica, i ricercatori di tutto il mondo stanno affrontando le numerose sfide che si presentano.

Sili Deng ha trascorso la sua carriera pensando alla combustione. Ora professore assistente presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e professore di sviluppo professionale della classe del 1954, Deng guida un gruppo del MIT che, tra le altre cose, sviluppa modelli teorici per aiutare a comprendere e controllare i sistemi di combustione per renderli più efficienti e per controllare la formazione delle emissioni, comprese le particelle di fuliggine.

"Così abbiamo pensato, dato il nostro background nel campo della combustione, qual è il modo migliore in cui possiamo contribuire alla transizione energetica?" dice Deng. Considerando le possibilità, nota che la combustione si riferisce solo al processo, non a ciò che brucia. "Mentre generalmente pensiamo ai combustibili fossili quando pensiamo alla combustione, il termine 'combustione' comprende molte reazioni chimiche ad alta temperatura che coinvolgono ossigeno e in genere emettono luce e grandi quantità di calore", afferma.

Data questa definizione, ha visto un altro ruolo per le competenze che lei e il suo team hanno sviluppato: potevanoesplorare l’uso della combustione per produrre materiali per la transizione energetica . In condizioni attentamente controllate,le fiamme della combustione possono essere utilizzate per produrre fuliggine non inquinante ma materiali piuttosto pregiati, compresi alcuni fondamentali nella produzione di batterie agli ioni di litio.

Si prevede che la domanda di batterie agli ioni di litio salirà alle stelle nei prossimi decenni. Le batterie saranno necessarie per alimentare la crescente flotta di auto elettriche e per immagazzinare l’elettricità prodotta dai sistemi solare ed eolico in modo che possa essere consegnata in un secondo momento quando tali fonti non sono più in grado di generare. Alcuni esperti lo prevedonola domanda globale di batterie agli ioni di litio potrebbe aumentare di dieci volte o più nel prossimo decennio.

Date tali previsioni, molti ricercatori sono alla ricerca di modi per migliorare la tecnologia delle batterie agli ioni di litio. Deng e il suo gruppo non sono scienziati dei materiali, quindi non si concentrano sulla creazione di nuovi e migliori prodotti chimici per le batterie. Invece, il loro obiettivo è trovare un modo per ridurre gli alti costi di produzione di tutte quelle batterie. Egran parte del costo di produzione di una batteria agli ioni di litio può essere ricondotto alla produzione dei materiali utilizzati per realizzare uno dei suoi due elettrodi: il catodo.

I ricercatori del MIT hanno iniziato la loro ricerca di risparmi sui costi considerando i metodi ora utilizzati per produrre materiali catodici. Le materie prime sono in genere sali di diversi metalli, compreso il litio, che fornisce ioni, le particelle caricate elettricamente che si muovono quando la batteria viene caricata e scaricata. La tecnologia di lavorazione mira a produrre minuscole particelle, ciascuna costituita da una miscela di quegli ingredienti con gli atomi disposti nella specifica struttura cristallina che forniranno le migliori prestazioni nella batteria finita.