È stato scoperto un indizio cruciale per aumentare simultaneamente l’autonomia e la durata delle batterie dei veicoli elettrici (EV). Un team di ricerca del KAIST ha osservato il momento esatto del degrado nelle batterie al litio metallico su scala nanometrica (circa 1/100.000 dello spessore di un capello umano) e ha identificato la causa fondamentale del calo delle prestazioni. Questa scoperta è considerata un punto di svolta significativo per accelerare la commercializzazione delle batterie di nuova generazione.
Il team di ricerca, guidato dal professor Seungbum Hong del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali, ha identificato il meccanismo di degradazione dell’anodo di litio metallico, un componente fondamentale delle batterie di nuova generazione. La ricerca è stata pubblicata sulla rivista ACS Energy Letters .
Il litio metallico è considerato il “materiale ideale per le batterie” grazie alla sua densità energetica significativamente superiore rispetto alle batterie convenzionali. Tuttavia, il rapido calo delle prestazioni dopo ripetuti cicli di carica e scarica ha rappresentato il principale ostacolo alla commercializzazione. In particolare, quando il litio viene depositato o rimosso in modo irregolare, può formarsi del “litio morto”, ovvero litio elettricamente disconnesso, che causa un degrado delle prestazioni e comporta rischi per la sicurezza.
Il team di ricerca ha utilizzato la microscopia a forza atomica elettrochimica in situ (EC-AFM), che consente l’osservazione in tempo reale dell’interno della batteria, per tracciare l’intero processo di deposizione (placcatura) e rimozione (stripping) del litio. Di conseguenza, hanno confermato che la reazione del litio non avviene in modo uniforme su tutta la superficie, ma in modo selettivo in punti specifici.
Nello specifico, nelle regioni porose con superfici ruvide, si formano facilmente vuoti durante l’asportazione del litio, con conseguente formazione di “litio inattivo” che risulta elettricamente isolato. Questo fenomeno è la causa diretta del repentino calo delle prestazioni della batteria.
L’importanza di questo studio risiede nell’identificazione sperimentale di dove e come si danneggiano le batterie al litio metallico. Inoltre, ha dimostrato che la ” morfologia iniziale “, ovvero la fase in cui il litio si forma per la prima volta, è una variabile chiave che determina la durata a lungo termine della batteria.
Pertanto, si prevede che, se in futuro la superficie su cui si forma il litio verrà controllata in modo uniforme e preciso, la durata e la stabilità della batteria potranno essere notevolmente migliorate. Ciò suggerisce una direzione progettuale in grado di raggiungere simultaneamente un maggiore raggio d’azione per i veicoli elettrici e lo sviluppo di batterie a lunga durata.
Il professor Seungbum Hong ha dichiarato: “Questa ricerca è di grande importanza in quanto ha confermato direttamente la causa del degrado delle prestazioni delle batterie su scala nanometrica. Costituirà una base fondamentale per lo sviluppo di batterie di nuova generazione più sicure e di maggiore durata.”
Una comprensione meccanicistica della deposizione e della dissoluzione del litio (Li) è essenziale per l’impiego pratico delle batterie al litio metallico (LMB), tuttavia la maggior parte degli studi in situ si basa su campi visivi limitati o su medie spaziali, oscurando l’eterogeneità locale. In questo studio, la microscopia a forza atomica elettrochimica in situ (EC-AFM) viene utilizzata per tracciare la stessa regione durante tre cicli di deposizione/dissoluzione nell’elettrolita nativo, risolvendo l’eterogeneità su scala di pochi micrometri. Le misurazioni spazialmente allineate di pendenza, variazione di altezza (Δh) e porosità locale rivelano chiare correlazioni: i domini con |Δh| piccolo si localizzano con regioni porose ad alta pendenza. Queste osservazioni stabiliscono un meccanismo di formazione di vuoti sito-selettivo in cui la dissoluzione nei domini porosi ad alta pendenza genera vuoti sottosuperficiali e litio “inattivo” che vengono solo parzialmente riempiti durante la successiva deposizione, mentre i domini densi a bassa pendenza subiscono |Δh| maggiore. Questo quadro correlativo dimostra che la morfologia iniziale della placcatura influenza in modo determinante l’eterogeneità spaziale della formazione di vuoti durante il processo di stripping, fornendo una base meccanicistica per la progettazione razionale degli anodi di litio metallico. Copyright © 2026 The Authors. Published by American Chemical Society
Seonghyun Kim et al, Spatially Selective Lithium Plating and Stripping in Lithium Metal Anodes, ACS Energy Letters (2026). DOI: 10.1021/acsenergylett.6c00122
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