Come si muovono gli elettroni all’interno dei catodi di batterie agli ioni di litio?
Un nuovo metodo per analizzarne il comportamento è stato sviluppato da Rafael Ferragut, docente del Dipartimento di Fisica, in collaborazione con Meiying Zheng – PhD e partner europei. Lo studio si concentra sul ruolo delle interfacce “sepolte” tra le microparticelle di ossido che costituiscono il catodo (LiCoO₂) e gli additivi di carbonio conduttivo.
In cosa consiste lo studio
Il nuovo approccio si basa sulla spettroscopia di annichilazione di positroni, una tecnica che sfrutta i positroni come sonda quantistica. I positroni sono le controparti di antimateria degli elettroni: quando un positrone si ferma nel materiale, annichila con un elettrone producendo due raggi gamma.
Misurando con precisione la distribuzione di velocità della coppia elettrone–positrone, i ricercatori hanno ottenuto un’impronta digitale degli orbitali coinvolti. Nell’interfaccia fra ossido e carbonio (LiCoO₂/carbonio), la modalità Coincidence Doppler Broadening distingue i legami π del carbonio (2pz) dagli orbitali dell’ossigeno (2p) nell’ossido, legati ai processi elettrochimici redox alla base del funzionamento delle batterie al litio.
Il risultato ottenuto
Combinando i dati sperimentali con simulazioni teoriche basate sulla tecnica DFT (Density Functional Theory), il gruppo di ricerca ha introdotto un nuovo parametro capace di quantificare quale frazione del segnale misurato provenga dalla fase carboniosa.
Lo studio è stato pubblicato su Physical Review Letters.