Batterie al litio con ricarica in 10 minuti e capacità tripla grazie alle nanotecnologie

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Anodo realizzato in nanoparticelle di silicio per un deciso salto di qualità, allo studio all’Università della California del Sud

Ricerche in corso all’università della California del sud (Usc) suggeriscono che entro due-tre anni potrebbero essere commercialmente disponibili batterie al litio di nuova concezione che grazie all’utilizzo di silicio nanoporoso per la realizzazione dell’anodo avranno capacità tripla (rispetto alle normali batterie al litio con anodo in grafite) e tempo di ricarica ridotto ad appena 10 minuti.

Studi sull’impiego del silicio per la realizzazione dell’anodo delle batterie erano in corso da anni nei centri ricerche di tutto il mondo, ma non si era riusciti a risolvere il problema del suo deterioramento strutturale quando per la costruzione dell’anodo veniva impiegato sotto forma di sottili strati di materiale: i continui cicli di carica/scarica venivano mal tollerati e portavano al suo cedimento.

L’innovazione studiata dai ricercatori dell’Usc consisteva inizialmente nell’utilizzare invece nanocavi porosi di silicio lunghi pochi micron e di diametro inferiore a 100 nanometri. La porosità della struttura ha il duplice vantaggio di aumentare la superficie disponibile per le reazioni elettrochimiche che devono avvenire sull’anodo (oltre a facilitare la diffusione degli ioni litio entro la struttura dell’anodo, velocizzando le reazioni stesse) e di consentire una certa elasticità della struttura, che la preserva dal deterioramento che capitava con strutture rigide. La durata infatti è stata di 2000 cicli di carica-scarica.

Già questa soluzione ha dimostrato notevoli vantaggi, ma rimaneva il problema della difficoltà di costruzione. Il team Usc ha allora fatto ricorso a nanosfere di silicio, più facili da produrre, e le ha aggregate producendo una struttura con caratteristiche di porosità simili a quelle del primo anodo studiato, realizzato aggregando nanocavi porosi. La durata si è ridotta a 200 cicli di carica-scarica, ma i ricercatori sono ottimisti e credono, con perfezionamenti apportati alle nanosfere, di potersi in futuro avvicinare al valore della struttura a nanocavi porosi.

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