Da Stanford una super batteria che trae ispirazione dalle uova

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photo credit: breahn via photopin cc
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Preveniamo ogni dubbio: non ci siamo sbagliati, abbiamo scritto proprio “uova”. E la fonte è più che attendibile, ossia il National Accelerator Laboratory americano dove un pool di scienziati dello Stanford Institute hanno realizzato una batteria in grado di immagazzinare nel proprio catodo solforoso 5 volte l’energia di una normale unità agli ioni di litio attualmente in commercio e di mantenere alte le prestazioni anche dopo 1.000 cicli di ricarica.

Ossia, contiene più energia e dura di più.

Con queste caratteristiche gli impieghi in campo tecnologico di largo smercio capiamo subito essere enormi, dai lettori mp3 ai veicoli elettrici.

Cosa c’entra l’uovo? Cerchiamo di spiegarlo tramite un sunto della ricerca pubblicata dal team del professore associato di Scienze dei Materiali ed Ingegneria a capo del progetto Yi Cui su Nature Communications.

Due sono gli attori principali nel funzionamento di una batteria: l’anodo ed il catodo. È tra di essi che si spostano gli ioni di litio – se di questo tipo di batteria si parla – nel suo uso: il processo di carica forza gli ioni e gli elettroni nell’anodo creando così quel potenziale di cui ci serviamo per alimentare gli strumenti che vogliamo utilizzare; ed è in questa seconda fase, di scarica, quindi, che ioni ed elettroni migrano verso il catodo.

Il problema dell’attuale tecnologia agli ioni di litio è che raggiunti i 500 cicli di ricarica e scarica le batterie hanno a malapena l’80% della loro originale capacità; inoltre non è cosa nuova che lo zolfo abbia maggiore capacità di immagazzinare ioni al suo interno, palesandosi come ideale se usato come anodo o catodo.

E allora perché non si usa, direte voi? Due sono i problemi a sbarrarci la strada: il primo è che, in un processo di scarica, l’ingresso degli ioni in un catodo solforoso li fa legare con gli atomi di zolfo; questi generano un composto intermedio molto utile per le prestazioni del catodo ma dal legame troppo fragile che, quindi, decade rapidamente limitando così le capacità di immagazzinamento del catodo stesso. Il secondo è che l’influsso degli ioni fa letteralmente sì che l’anodo si espanda dell’80%: il tentativo di imbrigliarlo in membrane protettive che salvino il legame ioni-atomi di zolfo dal dissolvimento si è sempre rivelato fallimentare proprio per l’espansione del catodo, causa della rottura della membrana.

Allora si è fatto ricorso alle nanoparticelle: questo ha consentito di mettere a punto un catodo costituito da un piccolo nòcciolo solforoso racchiuso da un resistente guscio di diossido di titanio poroso. Schematicamente è la stessa cosa di un tuorlo dentro ad un guscio d’uovo: si consideri che al posto dell’albume in questo caso non c’è nulla, solo spazio libero in cui il catodo possa espandersi senza arrivare a rompere la membrana protettiva. Quest’ultima ha un ruolo fondamentale perché mantiene il composto, altrimenti in pericolo, al sicuro dall’azione dei solventi elettrolitici presenti nella batteria.

Le particelle del catodo hanno un diametro di 800 nanometri, circa un centesimo del diametro di un capello umano, tanto per avere idea delle proporzioni.

Le potenzialità della scoperta sono enormi: frutto delle ricerche di anni e della sperimentazione di innumerevoli strade diverse, le capacità di questa batteria, non ancora testata e raffinata per una produzione in serie, sono comunque già molto affidabili.

Tanto da far pensare che non sia lavoro eccessivamente lungo la sua messa a punto per uno standard. In realtà l’iter è ancora complesso, soprattutto perché devono aprirsi nuove porte e nuovi interessi devono muoversi per finanziare il prosieguo della ricerca.

Realizzata la batteria che mantiene il 70% della sua capacità primigenia anche dopo le mille ricariche, record mai registrato prima al mondo, il passo successivo sarà combinare assieme questo catodo con un anodo al silicone: l’obiettivo è il raggiungimento di una potenza archiviabile ancora maggiore in una batteria ancora più longeva.

 

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