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Nuova 'Ultra-Batteria' ad alta densità di energia come ad alto esplosivo
La densità energetica delle batterie è estremamente importante come fattore abilitante di nuove tecnologie. Nel frattempo, la corsa per creare batterie sempre più potenti ha persino portato alcuni produttori a contemplare alimentare i telefoni cellulari con idrocarburi ad alta densità energetica come il propano.
Questo è il motivo per cui le affermazioni avanzate per un'ultra-batteria in fase estremamente precoce annunciato di recente nel diario Chimica della natura sono così notevoli.
Se ci pensate, [questa] è la forma più condensata di immagazzinamento di energia al di fuori dell'energia nucleare, disse inventore Choong-Shik Yoo della Washington State University. L'ultra-batteria di Yoo è costituita da difluoruro di xeno (XeF2), un cristallo bianco utilizzato per incidere i conduttori di silicio, compresso a uno stato ultra-denso all'interno di una morsa di diamante che esercita una pressione di oltre due milioni di atmosfere.
L'applicazione di questo livello di pressione a XeF2 metallizza la sostanza, spingendo tutti i suoi atomi più vicini tra loro, in un nuovo stato stabile.
Questa figura mostra come il cristallo cambia colore mentre cambia stato, da un cristallo trasparente relativamente morbido a una struttura stratificata esagonale bidimensionale rossastra simile alla grafite, e poi, al di sopra di 70 Gigapascal di pressione, a una fluorite tridimensionale nera struttura, che è un metallo.
Nel suo stato ultra-denso, l'energia meccanica trasmessa allo XeF2 metallizzato è ora immagazzinata nella sostanza stessa come una sorta di energia chimica. Tutto ciò che serve per rilasciarlo è una perturbazione di un singolo atomo nel cristallo, che farà aprire spontaneamente l'intera sostanza metallizzata, dice Yoo.
La reazione sarebbe, letteralmente, esplosiva. In un istante l'XeF2 trasformerebbe la sua energia immagazzinata in energia termica con un'efficienza quasi del 100%. L'XeF2 immagazzina circa 1 kilajoule di energia per grammo, o circa il 10% dell'energia immagazzinata in un combustibile per missili di miscele liquide di H2 e O2, o circa il 20% [dell'energia immagazzinata in] uno degli esplosivi più potenti, HMX, dice Yoo. Se vista come un potenziale mezzo di accumulo di energia, questa scoperta si qualifica come una nuova classe di molecole energetiche o combustibili solidi, aggiunge.
Fino a quando non scopriremo come costruire l'elettronica di consumo alimentata a razzo, il trucco per trasformare XeF2 in un mezzo praticabile per immagazzinare e rilasciare energia è capire che tipo di impurità aggiungere per renderlo metastabile, proprio come tutti i combustibili fossili che abbiamo sono circondati da ciò che chiamiamo plastica.
Se pensi a tutti i materiali che conosciamo, il 95% o più sono in uno stato metastabile, dice Yoo.
La metastabilità è un problema fondamentale nella ricerca sui materiali, ed è comune a molte altre sostanze che metallizzano e acquisiscono proprietà esotiche dopo essere state compresse a livelli estremi, tra cui CO2, N2, O2 ecc. Se Yoo e i suoi colleghi riusciranno a risolvere questo problema per un comune sostanze che possono acquisire una nuova configurazione molecolare ad alte pressioni, avranno creato un mezzo completamente nuovo per immagazzinare energia.
Tuttavia, questo obiettivo è molto lontano: finora la scoperta di Yoo è stata sintetizzata solo in laboratorio, in quantità così piccole che quando si apre non rappresenta alcun pericolo.
