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Dai melograni le superbatterie 10 volte più potenti di quelle tradizionali

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La natura è una grande fonte di ispirazione per il lavoro dell’uomo, soprattutto per quello che riguarda le fonti energetiche. Pensiamo ad esempio agli occhi delle falene che hanno ispirato e aperto la strada a un nuovo studio su come rendere le celle a film sottile più efficaci.

L’ultimo esempio di questa influenza è una ricerca portata avanti da un gruppo di ingegneri di Stanford, in collaborazione con il National Accelerator Laboratory del DOE, che ha messo a punto un elettrodo che mima la struttura del melograno, riuscendo a immagazzinare 10 volte più energia delle pile tradizionali.

Yi Cui, professore associato all’Università di Stanford e capo del team di ricerca, spiega: “Abbiamo di fronte ancora un paio di sfide, ma questo design ci porta ad un passo dall’utilizzare anodi di silicio in piccole batterie, più leggere e più potenti di quelle attuali, per prodotti come telefoni cellulari, tablet e macchine elettriche. Gli esperimenti hanno mostrato che il nostro anodo a melograno funziona ad una capacità del 97 per cento anche dopo 1000 cicli di carica e scarica, collocandosi così ben all’interno della gamma desiderata per operazione commerciale”.

La soluzione trovata dai ricercatori di Stanford consiste nel disseminare le nano particelle di silicio in uno strato di carbonio, riprendendo appunto la struttura interna del melograno. Questa struttura, come spiegato precedentemente, consente all’elettrodo di operare al 97% delle sue capacità anche dopo mille cicli di ricarica. Gli anodi in silicio possono così memorizzare fino a 10 volte più carica rispetto a quelli in grafite nelle attuali batterie agli ioni di litio.

Il problema nell’utilizzo del silicio è che ha anche grandi svantaggi: è fragile e dunque è più facile che si deformi o degradi durante la carica della batteria.

Per questo, si è optato per l’utilizzo di nano particelle, troppo piccole per rompersi durante la ricarica, e di un rivestimento costituito da uno strato di carbonio, che consente l’esposizione di una superficie molto minore all’elettrolita, minimizzando la reazione chimica.

Per poter applicare la tecnica su scala industriale tuttavia rimangono da risolvere due problemi: semplificare il processo industriale e trovare una fonte meno cara di nanoparticelle di silicio.

Una possibile soluzione per trovare una fonte di silicio a buon mercato è il pulone, il guscio dei chicchi di riso: non è adatto al consumo alimentare, consiste in peso per il 20% in diossido di silicio e viene prodotto in milioni di tonnellate. Anche la sua trasformazione in nanoparticelle di silicio puro, inoltre, dovrebbe essere un’operazione relativamente semplice.

Fonte

(Foto: Greg Stewart/SLAC)

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