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Una batteria che puoi vedere attraverso
I ricercatori della Stanford University hanno realizzato batterie completamente trasparenti, l'ultimo componente mancante necessario per realizzare display trasparenti e altri dispositivi elettronici.
Potere chiaro: Le batterie trasparenti agli ioni di litio come questa potrebbero alla fine alimentare dispositivi elettronici portatili trasparenti.
Professore di scienze dei materiali di Stanford Yi Cui , che ha guidato il lavoro, afferma che un'enorme quantità di ricerche è dedicata a far sì che le batterie immagazzinano più energia più a lungo, ma è stata prestata poca attenzione a renderle più belle e più fantasiose.
I ricercatori hanno precedentemente apportato variazioni trasparenti ad altre importanti classi di elettronica, inclusi i transistor e i componenti utilizzati per controllare i display, ma non ancora le batterie. E se non puoi rendere trasparente la batteria, non puoi rendere trasparente il gadget, afferma Cui.
Alcuni componenti della batteria sono più facili da realizzare utilizzando materiali trasparenti rispetto ad altri. Gli elettrodi sono la parte difficile, dice Cui. Un modo per realizzare un elettrodo trasparente è renderlo molto sottile, dell'ordine di circa 100 nanometri di spessore. Ma un elettrodo sottile in genere non può immagazzinare abbastanza energia per essere utile.
Un altro approccio consiste nel realizzare l'elettrodo sotto forma di uno schema che abbia caratteristiche più piccole di quanto l'occhio nudo possa vedere. Finché c'è abbastanza materiale totale per gli elettrodi nella batteria, questo tipo di elettrodo può ancora immagazzinare una quantità significativa di energia. Cui ha progettato un elettrodo a rete in cui tutte le linee della rete sono dell'ordine di 50 micrometri, effettivamente invisibili, e i quadrati all'interno della rete non contengono materiali della batteria.
Anche la fabbricazione è complicata, poiché i metodi usuali per realizzare componenti con questa risoluzione richiedono processi chimici aggressivi che danneggiano i materiali della batteria. Il gruppo di Stanford ha invece utilizzato un metodo relativamente semplice per realizzare gli elettrodi a rete trasparente, che sono tenuti insieme all'interno di un polimero trasparente e morbido chiamato PDMS.
Iniziano usando la litografia per creare uno stampo su un wafer di silicio. Quindi versano PDMS liquido sullo stampo, polimerizzano il polimero per solidificarlo e lo staccano dallo stampo. Il foglio PDMS viene quindi inciso con una griglia di canali stretti. Quindi gocciolano una soluzione di materiali per elettrodi sulla superficie del PDMS. L'azione capillare tira i materiali fino a quando non hanno riempito tutti i canali per creare la mesh. I ricercatori hanno utilizzato materiali standard per batterie agli ioni di litio per realizzare i loro elettrodi.
Per realizzare la batteria completa, inseriscono un elettrolita in gel trasparente tra i due elettrodi e mettono il tutto all'interno di un involucro di plastica protettivo. I ricercatori di Stanford hanno creato dei prototipi e li hanno usati per alimentare un LED la cui luce può essere vista attraverso la batteria stessa.
Cui afferma che queste batterie dovrebbero, in teoria, essere in grado di immagazzinare circa la metà dell'energia di una batteria opaca di dimensioni equivalenti, perché esiste un compromesso tra densità energetica e trasparenza. Possono stendere una rete più spessa di materiali per elettrodi per immagazzinare più energia, ma ciò significa che passerà meno luce.
Finora, i prototipi del suo laboratorio possono immagazzinare 20 wattora per litro, circa la stessa quantità di energia di una batteria al nichel-cadmio, ma Cui prevede di migliorarlo di un ordine di grandezza, in parte riducendo lo spessore del substrato polimerico, e rendendo più profonde le trincee che trattengono i materiali degli elettrodi.
Un altro modo per immagazzinare più energia senza sacrificare la trasparenza sarebbe quello di impilare più celle l'una sull'altra in modo tale che la griglia degli elettrodi si allinei, consentendo il passaggio della luce. Finora, il gruppo ha realizzato elettrodi di circa un pollice di diametro, ma Cui afferma che potrebbero essere realizzati molto più grandi e il materiale potrebbe semplicemente essere tagliato alla dimensione desiderata.