Nuovo modello predice le prestazioni delle batterie in condizioni di non-equilibrio

Ingegneri della NC State stanno sviluppando un nuovo modello di fisica classica, denominato Chen-Huang Nonequilibrium Phasex Transformation (NExT) Model, per comprendere meglio i processi dinamici di non-equilibrio nelle batterie. Questi processi, che si verificano durante le fasi di carica e scarica, influenzano l'equilibrio chimico, meccanico e fisico dei materiali delle batterie, incidendo sulle prestazioni e sulla durata. Il modello, concepito da Hongjiang Chen e dal suo supervisore Hsiao-Ying Shadow Huang, è stato pubblicato sul Journal of Physical Chemistry C il 10 luglio 2025.

Il modello NExT mira ad approfondire la comprensione del comportamento delle batterie, in particolare quelle agli ioni di litio, durante cicli rapidi di carica e scarica. Durante queste operazioni, le deviazioni dall'equilibrio possono indurre cambiamenti fisici e chimici, come la distribuzione non uniforme degli ioni, la generazione di calore e lo stress meccanico nei materiali degli elettrodi. Questi fenomeni possono portare a una riduzione delle prestazioni e della longevità della batteria. Il modello NExT descrive come materiali come LiFePO4 e NMC subiscano transizioni di fase in condizioni di non-equilibrio, introducendo "path factors" che influenzano le variazioni energetiche. Le simulazioni basate sul modello, validate con dati sperimentali, evidenziano il ruolo critico della densità delle dislocazioni nel guidare i cambiamenti strutturali durante reazioni elettrochimiche più veloci. Sebbene attualmente focalizzato sulle batterie agli ioni di litio, i principi del modello NExT sono applicabili ad altri sistemi di accumulo energetico, supportando la progettazione di dispositivi di accumulo di energia di prossima generazione.