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Batterie agli ioni di litio per meno
Un nuovo modo di produrre materiali avanzati per batterie agli ioni di litio risolve uno dei loro principali problemi rimanenti: i costi. Arumugam Manthiram , professore di ingegneria dei materiali presso l'Università del Texas ad Austin, ha dimostrato che un metodo a microonde per produrre fosfato di ferro e litio richiede meno tempo e utilizza temperature inferiori rispetto ai metodi convenzionali, il che potrebbe tradursi in costi inferiori.
Nanopotenza: Un'immagine al microscopio elettronico di particelle a forma di bastoncino larghe 40 nanometri che costituiscono un promettente materiale per batterie.
Il litio ferro fosfato è un'alternativa all'ossido di litio e cobalto utilizzato nella maggior parte delle batterie agli ioni di litio nei computer portatili. Promette di essere molto più economico perché utilizza il ferro anziché il molto più costoso cobalto metallico. Sebbene immagazzini meno energia rispetto ad altri materiali agli ioni di litio, il fosfato di ferro e litio è più sicuro e può essere prodotto in modi che consentono al materiale di fornire grandi esplosioni di potenza, proprietà che lo rendono particolarmente utile nei veicoli ibridi.
In effetti, il fosfato di ferro e litio è diventato uno dei nuovi materiali per batterie più interessanti. Per esempio, Sistemi A123 , una startup con sede a Watertown, MA, che ha sviluppato una forma del materiale, ha raccolto più di 148 milioni di dollari e ha commercializzato batterie per utensili elettrici ricaricabili in grado di superare le prestazioni degli strumenti plug-in convenzionali. Il materiale è anche uno dei tipi testati per una nuova auto elettrica di General Motors.
Ma si è rivelato difficile e costoso produrre batterie al litio ferro fosfato, il che riduce i potenziali risparmi sui costi rispetto alle batterie agli ioni di litio più convenzionali. Tipicamente, i materiali sono realizzati in un processo che richiede ore e richiede temperature fino a 700 °C.
Il metodo di Manthiram prevede la miscelazione di sostanze chimiche disponibili in commercio - idrossido di litio, acetato di ferro e acido fosforico - in un solvente, quindi sottoponendo questa miscela a microonde per cinque minuti, che riscaldano le sostanze chimiche a circa 300 ° C. Il processo forma particelle a forma di bastoncino di litio ferro fosfato. Le particelle più performanti sono lunghe circa 100 nanometri e larghe 25 nanometri. Le dimensioni ridotte sono necessarie per consentire agli ioni di litio di spostarsi rapidamente dentro e fuori le particelle durante la carica e la scarica della batteria.
Per migliorare le prestazioni di questi materiali, Manthiram ha rivestito le particelle con un polimero elettricamente conduttivo, a sua volta trattato con piccole quantità di un tipo di acido solfonico. Le nanoparticelle rivestite sono state quindi incorporate in una piccola cella di batteria per il test. A basse velocità di scarica, i materiali hanno mostrato una capacità impressionante: a 166 milliampere ora per grammo, i materiali si sono avvicinati alla capacità teorica del fosfato di ferro e litio, che è di 170 milliampere ora per grammo. Questa capacità è diminuita rapidamente a velocità di scarica più elevate nei test iniziali. Ma Manthiram afferma che le nuove versioni del materiale hanno mostrato prestazioni migliori.
È ancora troppo presto per dire quanto il nuovo approccio ridurrà i costi nella produzione di batterie al litio ferro fosfato. Le basse temperature del metodo possono ridurre la richiesta di energia e il fatto che sia veloce può portare a una produzione più elevata dalla stessa quantità di attrezzature, entrambe le quali possono rendere la produzione più economica. Ma occorre anche calcolare il costo del polimero conduttivo e delle apparecchiature di produzione e il processo deve essere dimostrato su larga scala. Il processo dovrà anche competere con altri metodi di produzione sperimentali promettenti, afferma Stanley Whittingham , professore di chimica, scienza dei materiali e ingegneria alla State University di New York, a Binghamton.
Manthiram ha recentemente pubblicato progressi per altri due tipi di materiali per batterie agli ioni di litio e sta lavorando con ActaCell , una startup con sede ad Austin, TX, per commercializzare la tecnologia sviluppata nel suo laboratorio. La società, che la scorsa settimana ha annunciato di aver raccolto $ 5,58 milioni in finanziamenti di rischio, ha già concesso in licenza parte della tecnologia di Manthiram, ma non dirà quale tecnologia fino al prossimo anno.