Batterie che durano di più e si ricaricano più velocemente grazie a una ricerca della Purdue University

Un gruppo di ricercatori statunitensi ha messo a punto una soluzione per fare in modo che le batterie agli ioni di litio durino più a lungo e si ricarichino più velocemente. Tutto merito di una struttura a rete battezzata nanochain.

Smartphone, smartwatch e gadget tecnologici in generale sono sempre più sofisticati, ma la loro autonomia continua a deludere. Auricolari wireless che riproducono musica solo per poche ore, notebook che non permettono di lavorare per un giorno intero, eccetera. Il punto è che l’autonomia dipende da quanti ioni di litio possono essere conservati nel materiale con cui sono realizzati gli elettrodi negativi della batteria. Se la batteria esaurisce questi ioni, non può generare una corrente elettrica per far funzionare un dispositivo e alla fine si guasta.

Gli scienziati hanno condotto diverse ricerche per trovare un sostituto della grafite, attualmente usata. Finora la conclusione era stata che materiali con maggiore capacità di immagazzinamento degli ioni di litio sono troppo pesanti o di forma errata per sostituire la grafite. La prospettiva è cambiata quando scienziati e ingegneri della Purdue University hanno trovato una potenziale alternativa per generare elettrodi capaci di aumentare la durata della batteria, renderla più stabile e ridurre i tempi di ricarica.

Illustrazione pubblicata da Purdue University, crediti: Henry Hamann

Lo studio, che si è guadagnato la copertina del numero di settembre della rivista Applied Nano Materials, mostra una struttura a rete, chiamata “nanochain” e realizzata in antimonio, un semimetallo noto per migliorare la capacità di carica degli ioni di litio nelle batterie.

I ricercatori hanno confrontato gli elettrodi “nanochain” con elettrodi di grafite, e hanno scoperto che quando le batterie a bottone con l’elettrodo nanochain venivano caricate solo per 30 minuti, raggiungevano il doppio della capacità di quelle agli ioni di litio per 100 cicli di carica-scarica.

C’è da dire che alcuni tipi di batterie già in commercio usano compositi di carbonio-metallo simili agli elettrodi in ​​metallo antimonio, ma assorbendo gli ioni di litio il materiale tende ad espandersi e a raggiungere un volume fino a tre volte quello di partenza. Questo causa rischi per la sicurezza durante la fase di carica della batteria. Gli scienziati della Purdue hanno rimediato al problema applicando composti chimici e collegando le particelle di antimonio a una nanochain con una forma che avrebbe controllato l’espansione.

L’altro vantaggio del nanochain è mantiene stabile la capacità degli ioni di litio per almeno 100 cicli di carica-scarica. “Non c’è praticamente alcun cambiamento dal ciclo 1 al ciclo 100, quindi non abbiamo motivo di pensare che il ciclo 102 sarà differente”, ha spiegato Vilas Pol, professore associato di ingegneria chimica alla Purdue Univeristy.

Non ultimo, il design degli elettrodi così realizzati è scalabile in modo da poter essere adeguato a batterie più grandi.