I materiali catodici che vanno nelle batterie agli ioni di litio sono essenziali per il funzionamento dei veicoli elettrici, ma la loro produzione comporta sempre processi complessi e ad alta intensità d'acqua. Tuttavia, ci sono stati recenti progressi con i ricercatori che hanno creato una nuova tecnica con sintesi completamente a secco e l'ossido di salgemma può realizzare batterie migliori. Ciò potrebbe ridurre significativamente le spese di produzione e gli impatti ambientali.
I ricercatori della Dalhousie University hanno compiuto notevoli progressi nello sviluppo di un metodo di sintesi completamente a secco per i materiali catodici NMC622. Questo processo potrebbe ridurre i costi e minimizzare l'impatto ambientale rispetto ai metodi tradizionali.
Lo studio si è concentrato sull'utilizzo di precursori di ossido di salgemma (RS) per creare catodi NMC622. I ricercatori hanno confrontato questo metodo con l'approccio convenzionale basato su precursori di idrossido (HP) e hanno analizzato gli effetti di diverse condizioni di sintesi.
Punti Chiave
- La sintesi completamente secca utilizzando i precursori RS si dimostra promettente per produzione di catodi economica e rispettosa dell'ambiente.
- Il processo richiede quantità maggiori di litio per compensare le perdite per evaporazione e migliorare l'omogeneità compositiva.
- Il Li2CO3 liquido agisce come un flusso durante la sintesi, migliorare la cristallinità e rapida litiazione del precursore RS.
- NMC realizzato da precursori RS con 20% in più di Li hanno mostrato un'efficienza coulombiana iniziale, una polarizzazione e un mantenimento della capacità simili a quelli degli NMC realizzati con precursori HP.
“ La produzione di materiale catodico agli ioni di litio richiede molta energia e acqua e genera rifiuti. Ha il maggiore impatto sull'ambiente, soprattutto in termini di impronta di CO2 della batteria ”, afferma il Dott. Mark Obrovac.
Le proprietà strutturali e morfologiche dei materiali sintetizzati sono state analizzate dai ricercatori utilizzando diverse tecniche di caratterizzazione quali:
- Diffrazione dei raggi X (XRD)
- Microscopia elettronica a scansione (SEM)
- Spettroscopia a raggi X a dispersione di energia (EDS)
Hanno scoperto che i migliori sono costituiti da monocristalli con particelle di circa 5 micron di larghezza. Affinando gli ingredienti e le condizioni di riscaldamento, il team di ricerca ha creato catodi di qualità simile utilizzando un processo completamente a secco. Questi catodi eguagliano le prestazioni dei migliori prodotti attualmente sul mercato.
Le sfide
- Il litio reagisce più lentamente con i precursori RS rispetto ai precursori HP se riscaldato a temperature inferiori a 723 °C.
- Le batterie realizzate in NMC dei precursori RS hanno una composizione meno uniforme e quindi una capacità inferiore rispetto a quelle realizzate in precursori HP.
- Per ottenere batterie migliori, i ricercatori devono rendere la reazione del litio nel metodo del precursore RS più rapida e coerente.
Possibili azioni in corso
Il dottor Obrovac ha stretto una collaborazione con NOVONIX , un'azienda produttrice di batterie della Nuova Scozia. Nel loro impianto pilota a Dartmouth, utilizzano metodi completamente a secco per la produzione di materiali catodici. Questo impianto ha una capacità produttiva di 10 tonnellate di materiale catodico all'anno.
Rispetto ai tradizionali metodi a umido, il loro processo offre:
- Costi di installazione inferiori del 30%
- Costi di gestione inferiori del 50%
- Consumo energetico ridotto del 25%
- Non c'è bisogno di acqua trattata
- Generazione zero di rifiuti
" Si tratta di cifre importanti, un vero e proprio punto di svolta nella produzione di questi materiali per batterie. Ciò dovrebbe tradursi in batterie complessivamente più economiche e con un impatto sul riscaldamento globale notevolmente inferiore ", aggiunge il dottor Mark Obrovac.
Conclusione
Questo metodo mostra un enorme potenziale per rendere la produzione di batterie più ecosostenibile e più conveniente. L'industria dei veicoli elettrici potrebbe trarne notevoli benefici, nonostante gli ostacoli persistano. Man mano che la ricerca prosegue, l'importanza di questo approccio innovativo nel promuovere la tecnologia delle batterie sostenibili potrebbe rivelarsi importante.
