Il trattamento laser migliora le prestazioni della batteria

Aug 16, 2023

Mentre il mondo si sposta verso fonti di energia rinnovabili, la necessità di batterie ricaricabili ad alte prestazioni per immagazzinare energia intermittente diventa cruciale. Sebbene le batterie agli ioni di litio siano attualmente utilizzate, le loro prestazioni necessitano ancora di miglioramenti. Un modo per migliorare le loro capacità è sviluppare nuovi materiali per elettrodi.

I ricercatori del KAUST hanno dimostrato l'uso di impulsi laser per modificare la struttura di un materiale elettrodico alternativo chiamato MXene, con conseguente miglioramento della capacità energetica e altre proprietà chiave. MXene è composto da strati di metalli di transizione come titanio o molibdeno legati ad atomi di carbonio o azoto, rendendo il materiale altamente conduttivo e offrendo capacità di stoccaggio del litio.

Tuttavia, gli MXeni a base di carburo di molibdeno subiscono un degrado delle prestazioni nel tempo a causa della formazione di ossido di molibdeno all'interno della struttura del materiale. Per risolvere questo problema, i ricercatori hanno utilizzato impulsi laser a infrarossi per creare nanopunti di carburo di molibdeno all’interno dell’MXene, un processo noto come laser scribing. Questi nanopunti hanno fornito ulteriore capacità di stoccaggio del litio e hanno accelerato il processo di carica e scarica.

Il trattamento laser ha inoltre ridotto il contenuto di ossigeno del materiale, prevenendo la formazione del problematico ossido di molibdeno. Inoltre, le forti connessioni tra i nanopunti e gli strati hanno migliorato la conduttività dell'MXene e ne hanno stabilizzato la struttura durante la carica e la scarica. Il materiale risultante inciso al laser ha mostrato un aumento di quattro volte della capacità di accumulo elettrico rispetto all’MXene originale.

Durante i test, i ricercatori hanno creato un anodo dal materiale inciso al laser e lo hanno sottoposto a 1000 cicli di carica-scarica in una batteria agli ioni di litio, senza osservare alcuna perdita di capacità. Ritengono che la scrittura laser potrebbe essere applicata per migliorare le proprietà di altri MXene, portando allo sviluppo di batterie ricaricabili che utilizzano metalli abbondanti ed economici come sodio e potassio.

I risultati di questo studio forniscono una strategia promettente per migliorare le prestazioni delle batterie e far avanzare la prossima generazione di batterie ricaricabili.