- Sintesi e caratterizzazione elettrochimica di materiali catodici.
Lo studio consiste nella ricerca di nuovi materiali catodici che possano intercalare lo ione Li+ all'interno della propria struttura cristallina. Molti ossidi e solfuri dei metalli di transizione e alcuni sali hanno delle strutture cristalline stratiformi o canaliformi, che sono in grado di dare la reazione d'intercalazione che viene così schematizzata: MexOy + nLi+ + ne- → LinMexOy .
Contemporaneamente a questa reazione di riduzione vi sarà una reazione di ossidazione che nel nostro caso è quella del litio:
nLi → nLi+ + ne-
Tra i materiali catodici studiati nel nostro laboratorio quelli più interessanti sono: Bi2O3, il V2O5, LiV3O8, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 e LiFePO4. Per quanto riguarda la sintesi si stanno perseguendo procedure di sintesi che possano dare materiali nanostrutturati per aumentare le prestazioni soprattutto ad elevate correnti.
- Anodi di grafite e carbone per celle allo ione litio
Per superare i problemi di sicurezza degli accumulatori al litio, legati con l'alta reattività del metallo e soprattutto dei dendriti di Li che si formano durante la carica della cella, sono stati studiati anodi carboniosi in grado d'intercalare lo ione litio. Diversi materiali sono stati studiati, dalla grafite naturale a quella sintetica dalle fibre di carbonio alle micro biglie di carbone. La litiazione della grafite avviene a un potenziale di 0.2V vs. Li e viene fatta nelle batterie litio-ione accoppiandola ad un materiale che contiene il Li di partenza come LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 e LiFePO4. Attualmente sono allo studio nanofibre e nanotubi di carbonio.
Su entrambe i materiali elettrodici si effettuano caratterizzazioni strutturale e morfologiche mediante la diffrattometria a raggi X e osservazioni al microscopio elettronico.
- Batterie Litio ione
Questa tematica di ricerca prevede l'utilizzo della grafite o del carbone direttamente con un materiale che possa fornire ioni Li+. Materiali per questo scopo sono LiMn2O4, LiNiO2, LiCoO2 ed LiFePO4
Le reazioni nelle Rocking Chair sono:
LiMn2O4 + Cn ⇔ Li1-xMn2O4 + LixCn
Durante la prima ossidazione la reazione procede verso destra e nella successiva riduzione procede verso sinistra.
All'interno di questa tematica l'attività di ricerca riguarda anche la caratterizzazione elettrochimica di materiali anodici nanostrutturati, tra i quali:
1) ossidi di stagno puri e drogati con Sb e ossidi metallici con struttura "core-shell" In2O3-SnO2, e TiO2.
2) nanotubi di carbonio altamente orientati supportati su diversi substrati (Si, Al, Fe e Co)