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Le batterie spray potrebbero rimodellare l'accumulo di energia
Immagina di dipingere a spruzzo il lato della tua casa e non solo produce energia dal sole, ma può anche immagazzinare l'energia per dopo. Un nuovo approccio alla progettazione delle batterie dei ricercatori della Rice University potrebbe consentire questo e altri tipi di batterie spray.
Il team della Rice University ha creato celle di batteria sulla superficie delle piastrelle del bagno e, se caricate da una cella solare, è stato in grado di alimentare una luce a LED. Credito: Rice University
La ricerca, pubblicata la scorsa settimana in Natura , cerca un nuovo approccio alla fabbricazione delle batterie utilizzando materiali che possono essere verniciati a spruzzo su varie superfici. In combinazione con i circuiti stampati flessibili e la ricerca sulle celle solari spray, la tecnica offre la prospettiva di trasformare oggetti comuni in dispositivi intelligenti con potenza di calcolo e archiviazione. Un'altra possibilità è l'elettronica di consumo, come telefoni cellulari o fotocamere, con un rivestimento della batteria.
Le batterie convenzionali agli ioni di litio sono realizzate con più strati di diversi componenti, inclusi l'anodo, il separatore, il catodo e le lamine metalliche per raccogliere la carica. Questa struttura a rullo di gelatina significa che le batterie agli ioni di litio sono limitate a celle cilindriche e rettangolari o prismatiche.
Il gruppo Rice si è concentrato sull'utilizzo di componenti liquidi verniciabili con aerografo. In un esperimento, i cinque componenti tradizionali della batteria sono stati applicati come strati su nove piastrelle del bagno in ceramica e altri oggetti domestici, tra cui un boccale di birra, per i test. Hanno scoperto che la tecnica potrebbe essere utilizzata su ceramica, acciaio inossidabile e polimeri flessibili.
Le batterie delle piastrelle del bagno sono state cablate in parallelo e collegate a un pannello solare fotovoltaico per accendere una luce a LED per sei ore. Le batterie fornivano un costante 2,4 volt.
La scienza alla base dello sforzo era trovare una composizione liquida adatta per i diversi componenti della batteria. Le batterie agli ioni di litio utilizzano spesso un foglio di alluminio per raccogliere la carica positiva, ma le micro polveri di alluminio conduttive pongono problemi di salute se spruzzate, quindi il gruppo ha utilizzato nanotubi a parete singola per raccogliere la corrente.
Il gruppo ha riscontrato anche problemi di fabbricazione, in cui i diversi strati si staccavano dopo la spruzzatura. Per un separatore, i ricercatori hanno optato per una vernice polimerica composta da una miscela di resina, plexiglas e biossido di silicio in un solvente. La parte più difficile è stata raggiungere la stabilità meccanica e il separatore ha svolto un ruolo fondamentale, ha affermato Neelam Singh, autore principale dell'articolo, in un dichiarazione . Lo spessore finale era di circa 200 micron, ovvero lo spessore di qualche ciocca di capelli.
Singh descrive il lavoro come un nuovo concetto di batterie che libera i designer dai vincoli delle forme odierne. Ora abbiamo la flessibilità nella scelta del substrato e delle forme delle batterie. Possiamo realizzare batterie stampabili praticamente su qualsiasi materiale, ha detto in un video pubblicato dal laboratorio del professor Pulickel Ajayan alla Rice.
Una batteria tradizionale agli ioni di litio ha una struttura a ruolo di gelatina (a sinistra) mentre la tecnica della batteria Rice utilizza vernici per i componenti attivi che possono essere spruzzati su una superficie. Credito: Rice University
Le prestazioni delle batterie sono paragonabili alle odierne batterie agli ioni di litio e la capacità delle batterie sperimentali era vicina alle previsioni, il che suggerisce che il processo potrebbe essere adattato per bombolette spray portatili, secondo Rice.
Ma il documento sottolinea una limitazione significativa all'idea di acquistare bombolette spray di ossido di cobalto di litio presso il negozio di ferramenta per una batteria fai-da-te. I componenti delle batterie agli ioni di litio sono sensibili all'aria e all'umidità, il che significa che produrre batterie spray direttamente all'esterno senza apparecchiature costose sarebbe pericoloso.
Tuttavia, poiché la tecnica spray-on potrebbe essere utilizzata con pistole a spruzzo industriali e non richiede materiali esotici, la ricerca potrebbe essere commercializzata se si riesce a trovare un'applicazione utile. Oltre a migliorare le prestazioni di base della batteria (cicli di carica, capacità, sicurezza), è necessario stimare anche i costi.