Batterie agli ioni di litio migliori grazie ai campi magnetici

Batterie agli ioni di litio migliori grazie ai campi magnetici

Al MIT è stato sperimentato un metodo di produzione degli elettrodi che usando un campo magnetico permette di orientare opportunamente le particelle di grafite dell'elettrodo, migliorando l'efficienza della batteria

di Andrea Bai pubblicata il , alle 10:19 nel canale Scienza e tecnologia
 

Le attività di ricerca dedicate a nuove tecnologie di batteria non smettono mai di individuare approcci promettenti per la realizzazione di accumulatori di carica dalle migliori prestazioni complessive. Sull'ultima edizione di Nature Energy è stata pubblicata la ricerca di un gruppo di scienziati del MIT che dimostra come l'impiego di un apposito campo magnetico nella fase di produzione di una batteria litio-ione permette di ottenere un incremento delle prestazioni grazie ad un allineamento dei fiocchi di grafite negli elettrodi che promuovono uno spostamento più efficiente dei portatori di carica all'interno della batteria.

Gli elettrodi delle batterie litio-ione sono spesso realizzati impiegando grafite, un materiale che bilancia attributi come l'elevata densità di energia con la non-tossicità, la sicurezza e i costi bassi. La grafite, una successione di fogli di atomi di carbonio impilati, si trova spesso in questi elettrodi sotto forma di particelle simili a fiocchi.

Il rovescio della medaglia è pero rappresentato dal fatto che la grafite limita il movimento degli ioni di litio, caratteristica fondamentale nelle fasi di carica e scarica. In particolare gli ioni di litio sono capaci di muoversi all'interno dei piani tra i fogli di carbonio e spesso si trovano a percorrere tragitti particolarmente tortuosi duranti le fasi di carica e scarica. Il miglioramento di questo aspetto porta al miglioramento delle prestazioni complessive della batteria.

I ricercatori hanno quindi avuto l'idea di allineare opportunamente i fiocchi di grafite così da poter architettare un percorso più lineare per gli ioni, usando i campi magnetici. Prima di procedere, però, è stato necessario aggirare un problema: la grafite, infatti, è inerte ai campi magnetici. Problema in realtà risolvibile con relativa facilità, impiegando una copertura di nanoparticelle di ossido di ferro superparamagnetico sui fiocchi di grafite. I fiocchi ricoperti sono stati sospesi in etanolo.

Durante la costruzione degli elettrodi, le particelle di grafite sono state orientate usando un campo magnetico rotante allineato perpendicolarmente al collettore di corrente, la parte di batteria dove avviene lo scambio di cariche con la grafite. Per allineare i fiocchi è stato necessario impiegare un campo magnetico di 100mT: a titolo di riferimento basti pensare che i macchinari per la risonanza magnetica utilizzano magneti da 1,5T. I ricercatori hanno infine realizzato degli elettrodi di controllo in maniera tradizionale, come riferimento e confronto.

I ricercatori hanno quindi valutato l'allineamento dei fiocchi di grafite in entrambe le situazioni: l'analisi visuale mostra un chiaro orientamento dei fiocchi degli elettrodi realizzati con l'interazione del campo magnetico, i quali sono apparsi inclinati ad un angolo di 60° rispetto al piano del collettore di corrente. Negli elettrodi realizzati con metodo tradizionali i fiocchi sono stati per lo più paralleli al collettore di corrente.

Gli esperimenti condotti per valutare il cambiamento nel percorso compiuto dagli ioni di litio hanno mostrato che l'influenza del campo magnetico riduce la tortuosità dei percorsi di un fattore 4 rispetto agli elettrodi di confronto. Questo aspetto permette di incrementare la capacità di stoccaggio del litio nell'elettrodo di un fattore compreso tra 1,6 e 3.

1 Commenti
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djfix1319 Luglio 2016, 12:11 #1
ma a titolo informativo non è che il miglioramento sia dovuto anche allo strato di ferro aggiunto? chissà se e come lo hanno tolto...
chiaro che se mi fai una batteria da 10000 mAh nello spazio di un 4000 mAh il cellulare ne sarà felice.
ovvio anche che ci vorranno 1-2 anni per vederlo commerciale questo TEST...

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