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Batterie che si ricaricano in pochi secondi
Un nuovo modo di realizzare elettrodi per batterie basato su schiume metalliche nanostrutturate è stato utilizzato per realizzare una batteria agli ioni di litio che può essere caricata al 90% in due minuti. Se il metodo può essere commercializzato, potrebbe portare a laptop che si caricano in pochi minuti o telefoni cellulari che si caricano in 30 secondi.
Potere della schiuma: Questo catodo della batteria agli ioni di litio può essere utilizzato per creare una batteria che trattiene la stessa energia di una convenzionale, ma può ricaricarsi cento volte più velocemente.
I metodi utilizzati per realizzare gli elettrodi a ricarica ultrarapida sono compatibili con una vasta gamma di prodotti chimici delle batterie; i ricercatori le hanno usate anche per realizzare batterie al nichel-metallo idruro, del tipo comunemente usato nei veicoli ibridi ed elettrici.
La velocità con cui una batteria può caricarsi e quindi rilasciare quella potenza è principalmente limitata dal movimento di elettroni e ioni dentro e fuori il catodo, l'elettrodo che è negativo durante la ricarica. I ricercatori hanno cercato di utilizzare materiali nanostrutturati per migliorare il processo, ma di solito c'è un compromesso tra la capacità totale di accumulo di energia (che determina per quanto tempo una batteria può funzionare prima di dover essere ricaricata) e le velocità di carica. Le persone hanno risolto metà del problema, dice Paul Braun , professore di scienza e ingegneria dei materiali presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign.
Il gruppo di Braun ha realizzato schiume metalliche altamente porose rivestite con una grande quantità di materiali attivi per batterie. Il metallo fornisce un'elevata conduttività elettrica e, anche se è poroso, la struttura contiene materiale attivo sufficiente per immagazzinare una quantità sufficiente di energia. I pori consentono agli ioni di muoversi senza impedimenti.
Il primo passo nella realizzazione dei catodi consiste nel creare un impasto liquido di sfere polimeriche sulla superficie di un substrato conduttivo. A causa della loro forma e carica superficiale, le sfere si autoassemblano secondo uno schema regolare. I ricercatori dell'Illinois utilizzano quindi una tecnica comune chiamata galvanica per riempire di nichel lo spazio tra le sfere. Successivamente, dissolvono le sfere polimeriche e la maggior parte del metallo, per lasciare una spugna di nichel che è circa il 90% di spazio aperto. Infine, fanno crescere il materiale attivo sopra la spugna.
È una certa distanza da un prodotto, ma abbiamo dimostrazioni di laboratorio piuttosto buone con batterie al nichel-metallo idruro e agli ioni di litio, afferma Braun. Il gruppo dell'Illinois ha realizzato batterie agli ioni di litio che si caricano quasi interamente in circa due minuti. Il metodo dovrebbe essere applicabile alle dimensioni delle celle necessarie per laptop e auto elettriche, sebbene i ricercatori non le abbiano ancora realizzate.
La performance che hanno ottenuto è senza precedenti, afferma Andreas Stein, professore di chimica all'Università del Minnesota. Stein ha aperto la strada al metodo di modellazione delle particelle polimeriche utilizzato dal gruppo di Braun. Il lavoro di Braun è descritto nella rivista Nanotecnologia della natura .
Jeff Dahn , professore di fisica alla Dalhousie University, è scettico sul fatto che questi elettrodi finiranno mai nei prodotti. Quando guardi il diagramma di flusso per creare questa struttura, è piuttosto complicato e sarà costoso, dice.
Braun riconosce: ci sono molte persone che escogitano strutture [di elettrodi] eleganti, ma produrle è difficile. Dice, tuttavia, che il suo processo di fabbricazione combina metodi esistenti che sono attualmente ampiamente utilizzati per realizzare altri prodotti, se non per realizzare batterie, e che non dovrebbe essere troppo difficile adattarli. Il processo aggiungerebbe ulteriori passaggi alla creazione di una batteria, ma questi passaggi non sono particolarmente costosi o complessi, afferma Braun.
Il gruppo di Braun testerà successivamente la struttura dell'elettrodo con una gamma più ampia di prodotti chimici delle batterie e lavorerà per migliorare l'altra metà delle batterie, l'anodo, un progetto più complicato.