Litio per gli anodi delle batterie? Ci provano i ricercatori di Stanford

Litio per gli anodi delle batterie? Ci provano i ricercatori di Stanford

Con un particolare involucro di "nanosfere di carbonio" è possibile usare un anodo in litio per migliorare le prestazioni e l'efficienza delle batterie

di Andrea Bai pubblicata il , alle 17:01 nel canale Scienza e tecnologia
 

Le attività di ricerca, sia in ambito industriale, sia in ambito accademico, incentrate sul miglioramento delle prestazioni delle batterie sono un filone molto interessante che enumera sempre molti adepti: nel corso degli ultimi anni da più parti sono emerse sperimentazioni e tentativi di sviluppo di metodi o tecnologie che promettono di estendere significativamente l'autonomia delle batterie ma che si arrestano ben prima dell'eventuale debutto commerciale per via di problemi di produzione su larga scala o di costi non sostenibili.

L'ultima novità, in questo panorama, è portata avanti da un team di ricercatori di Stanford coordinati da Yi Cui, professore di Ingegneria e Scienze dei Materiali, i quali hanno delineato un metodo che consentirebbe di migliorare l'efficienza energetica di una batteria impiegando il lito quale materiale costruttivo per l'anodo.

Le odierne batterie agli ioni di litio fanno infatti uso del lito nell'elettrolita, la soluzione liquida che circonda anondo e catodo. L'anodo è invece di norma realizzato in carbonio. Quando una batteria agli ioni di litio carica viene collegata ad un dispositivo gli elettroni viaggiano dall'anodo all'interno della circuiteria del dispositvo, fino al catodo della batteria. Durante la fase di carica, invece, gli elettroni viaggiano dal catodo all'anodo passando per l'elettrolita.

La ragione per cui viene usato un anodo in carbonio e non in litio è semplice: gli anodi di litio tendono ad espandersi in maniera incontrollata ed irregolare quando vengono a contatto con la loro soluzione elettrolitica formando inoltre i dendriti: piccolissimi cristalli ramificati che possono causare cortocircuiti, compromettendo la funzionalità dell'anodo e portando a conseguenze anche pericolose come un elevato surriscaldamento o esplosioni. In realtà tutti gli anodi di qualsiasi materiale sono soggetti a questo tipo di deformazione meccanica (espansione-contrazione) nelle fasi di carica e scarica, ma in maniera molto meno marcata e problematica.

Un anodo costituito di litio puro sarebbe però un balzo in avanti per l'efficienza di una batteria: "Di tutti i materiali che si possono usare per l'anodo, il litio sarebbe quello con il maggior potenziale. E' leggero ed ha la maggior densità di energia. Si può ottenere più energia per volume e peso, avendo quindi batterie più leggere, più piccole e con prestazioni più elevate" ha spiegato Cui.

Ciò che il gruppo di ricercatori ha pensato è l'impiego di una sorta di involucro di nanosfere di carbonio amorfo, che permette di isolare l'anodo dalla soluzione elettrolitica. Questa barriera permetterebbe di usare un anodo in litio e di caricare e scaricare la batteria senza rischio di dannosi effetti collaterali. Il carbonio amorfo è chimicamente stabile, robusto e flessibile e può quindi adattarsi liberamente alle normali contrazioni ed espansioni dell'anodo di litio durante il ciclo di carica-scarica.

L'impiego delle nanosfere va a migliorare il rapporto tra l'energia erogata quando viene usata la batteria e l'energia assorbita quando essa viene ricaricaa, altresì conosciuto con il nome di "efficienza di Coulomb". Una batteria commerciale deve avere un'efficienza di Coulomb del 99,9%, idealmente per quanti più cicli possibili. Precedenti sperimentazioni con gli anodi di litio non protetto hanno permesso di arrivare al 96% di efficienza, che scende a meno del 50% in appena 100 cicli. Il team di Stanford ha potuto raggiungere l'efficienza del 99% anche dopo 150 cicli.

"La differenza tra 99% e 96% è enorme, quando si parla di batterie. Sebbene non siamo ancora arrivati alla soglia del 99,9% siamo comunque molto vicini e questo è un miglioramento significativo rispetto a qualsiasi progetto precedente. Con qualche sforzo di progettazione in più e nuovi elettroliti crediamo di poter realizzare un anodo di litio stabile, che possa equipaggiare la prossima generazione di batterie ricaricabili" ha concluso Cui.

7 Commenti
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acerbo29 Luglio 2014, 17:23 #1
ennesimo annuncio che probabilmente finirà nel dimenticatoio.
E' veramente incredibile come rami dello stesso settore viaggino a velocità cosi' differenti tra loro. In meno di 10 anni sono riusciti a ficcare l'equivalente di un pentium 4 dentro un cellulare con gps, sensori, memoria flash, fotocamera, ecc.. ecc... ecc..., ma le batterie sono le stesse che si usavano negli 8700
GabrySP29 Luglio 2014, 17:41 #2
con questi annunci ci stanno prendendo per il Coulomb
Rubberick29 Luglio 2014, 18:21 #3
io credo a naso il problema sia proprio quello delle troppe opzioni ^^

poca voglia da parte delle multinazionali di investire in ricerche pionieristiche e altro...

il discorso è lunghetto... vedremo come cambieranno le cose con l'automotive..
rockroll30 Luglio 2014, 01:04 #4
Originariamente inviato da: acerbo
ennesimo annuncio che probabilmente finirà nel dimenticatoio.
E' veramente incredibile come rami dello stesso settore viaggino a velocità cosi' differenti tra loro. In meno di 10 anni sono riusciti a ficcare l'equivalente di un pentium 4 dentro un cellulare con gps, sensori, memoria flash, fotocamera, ecc.. ecc... ecc..., ma le batterie sono le stesse che si usavano negli 8700


Finchè si insiste con processi "chimici" credo proprio che gli accumulatori (ora li chiamiamo batterie sottointendendo che siano ricaricabili) più di tanto non potranno dare, prova ne sia l'immobilità tecnologica decennale che hai appena evidenziato.

Mi sono sempre chiesto se proprio non sia possibile rivolgersi a processi fisici di immagazzinamento dell'energia, elettrica o meno che essa sia, almeno finchè non saranno individuati processi a livello atomico ovvero nucleare...

Una "batteria ricaricabile" ideale dovrebbe essere ricaricabile in un tempo trascurabile, erogare gradatamente il 100% (ma anche meno) dell'energia assorbita, ed avere un coefficiente energetico in rapporto alla sua massa decisamente migliore delle attuali batterie chimiche.
A parte il coefficiente energetico, stiamo parlando di un condensatore elettrico di enorme capacità e mininima dispersione elettrica, fateci un pensierino!
Ma un pensierino vorrei che lo faceste anche relativamente alle nanotecnologie e simili diavolerie, che potrebbero forse fornirci un dielettrico talmente efficiente da permettere distanze nanometriche tra le armature (per capirmi fate riferimento al condensatore che vi mostrano nei laboratori di fisica, due piastre conduttrici separate da un sotile foglio isolante). Più vicine sono le armature, più è (esponenzialmente) alta la capacità, più alto diventa il coefficiente energetico in rapporto alla massa dell'apparecchiatura (per massa intendete pure l'ingombro ovvero il peso). Ovviamente è la "bontà" del dielettrico (volgarmente il foglio isolante) a sopportare la differenza di potenziale tra e armature senza farsi perforare dalla scarica distruttiva (la scintilla di corto circuito) e senza dare adito a dispersioni elettriche apprezzabili.

Meditate gente, meditate (sempre se non dico enormi cazz...volate)...
bobafetthotmail30 Luglio 2014, 12:11 #5
Originariamente inviato da: rockroll
Finchè si insiste con processi "chimici" credo proprio che gli accumulatori (ora li chiamiamo batterie sottointendendo che siano ricaricabili) più di tanto non potranno dare, prova ne sia l'immobilità tecnologica decennale che hai appena evidenziato.
No, il problema sta proprio negli anodi/catodi, sono quelli che determinano le dimensioni delle batterie, non tanto l'elettrolita.
Con un anodo/catodo con una performance decente riduci di brutto le dimensioni e la velocità di ricarica. Tutta la ricerca è focalizzata su quello al momento.

QUi il problema grosso è che l'unico modo è creare e lavorare sui nanotubi o sulle nanosfere è costoso e scomodo, costa più del potenziale guadagno anche se quello che fai ha performance migliori. Triste ma vero: la ricerca scientifica senza fondi della difesa americana va a rilento.

Comunque dato che anche il futuro dell'elettronica è nei nanotubi (dato che ci stiamo avvicinando al limite max di miniaturizzazione per il silicio), ci stanno lavorando da più fronti e i fondi non mancano di certo.

I condensatori si scaricano troppo velocemente per essere sicuri (prendi un condensatore con capacità rilevante, caricalo al max, e poi uccidi o dai una bella fulminata al primo essere vivente che tocchi).
rockroll31 Luglio 2014, 04:43 #6
Originariamente inviato da: bobafetthotmail
No, il problema sta proprio negli anodi/catodi, sono quelli che determinano le dimensioni delle batterie, non tanto l'elettrolita.
Con un anodo/catodo con una performance decente riduci di brutto le dimensioni e la velocità di ricarica. Tutta la ricerca è focalizzata su quello al momento.

QUi il problema grosso è che l'unico modo è creare e lavorare sui nanotubi o sulle nanosfere è costoso e scomodo, costa più del potenziale guadagno anche se quello che fai ha performance migliori. Triste ma vero: la ricerca scientifica senza fondi della difesa americana va a rilento.

Comunque dato che anche il futuro dell'elettronica è nei nanotubi (dato che ci stiamo avvicinando al limite max di miniaturizzazione per il silicio), ci stanno lavorando da più fronti e i fondi non mancano di certo.

I condensatori si scaricano troppo velocemente per essere sicuri (prendi un condensatore con capacità rilevante, caricalo al max, e poi uccidi o dai una bella fulminata al primo essere vivente che tocchi).


Tu i condensatori li bocceresti (problemi di dispersione elettrica), però la mia idea non poi così peregrina se c'è qualcuno che la sta percorrendo: proprio pochi minuti fa analogo articolo su Punto Informatico mi ha rimandato a questo link: http://life.wired.it/news/energia/2...20-secondi.html
bobafetthotmail31 Luglio 2014, 13:19 #7
Originariamente inviato da: rockroll
Tu i condensatori li bocceresti (problemi di dispersione elettrica), però la mia idea non poi così peregrina se c'è qualcuno che la sta percorrendo: proprio pochi minuti fa analogo articolo su Punto Informatico mi ha rimandato a questo link: http://life.wired.it/news/energia/2...20-secondi.html
Ho parlato di problemi GROSSI di sicurezza, non di dispersione.
Una batteria da cellulare contiene leggermente meno energia di una piccola bomba a mano, se riesci a scaricare tutta la batteria in pochi secondi diventa un'arma. (un tazer letale, non certo una spada laser)

O una batteria adatta all'utilizzo in armi laser portatili (che usano condensatori come buffer per avere una scarica di energia decente), certamente interessante, quando avremo armi laser portatili.

Oggigiorno è già possibile uccidersi se si gioca con i condensatori (grossi) di un alimentatore da PC. Motivo per cui tutti gli ali dicono chiaramente NON APRIRE, NESSUNA PARTE SU CUI POTRE FARE MANUTENZIONE.

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