Un “sensore di antimateria” per le batterie al litio

Un team internazionale guidato dal Prof. Rafael Ferragut del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, in collaborazione con Meiying Zheng - PhD, insieme a partner europei, ha sviluppato un nuovo metodo per “vedere” come si muovono gli elettroni nei catodi delle batterie agli ioni di litio. Lo studio, pubblicato su Physical Review Letters, affronta una sfida chiave per la ricarica rapida: comprendere il ruolo delle interfacce “sepolte” tra le microparticelle di ossido costituenti il catodo (LiCoO₂) e gli additivi di carbonio conduttivo.

La soluzione innovativa usa la spettroscopia di annichilazione di positroni, tecnica che sfrutta i positroni come sonda quantistica, controparti di antimateria degli elettroni. Dopo essersi fermato nel materiale, il positrone 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.

Combinando esperimento e simulazioni ab initio (DFT – Density Functional Theory), lo studio introduce un nuovo parametro che quantifica quanta parte del segnale proviene dalla fase carboniosa.