Un team di ricercatori ha scoperto che l'indio potrebbe costituire un materiale eccezionalmente promettente per le batterie a ricarica rapida, mantenendo prestazioni stabili su cicli estesi di carica e scarica.
Alla ricerca di un basso numero di Damköhler
(Rinnovabili.it) – Trovare il materiale perfetto per gli elettrodi, che porti ad una rapida ricarica delle batterie al litio, è una sfida ancora aperta. Oggi tuttavia un gruppo di ingegneri della Cornell University, negli Stati Uniti, ha compiuto nuovi progressi studiando la cinetica delle reazioni elettrochimiche. “Il nostro obiettivo era creare elettrodi per batterie che si caricassero e scaricassero in modo da allinearsi alla routine quotidiana“, ha affermato Shuo Jin, ricercatore e autore principale dello studio pubblicato su Joule.
Il lavoro di Jin e colleghi si è focalizzato su un particolare concetto usato dall’ingegneria chimica e nella fluidodinamica. Parliamo del “numero di Damköhler”, un parametro adimensionale che rappresenta il rapporto tra la velocità con cui si verificano le reazioni chimiche, rispetto alla velocità con cui il reagente viene trasportato al sito di reazione.
La ricerca di materiali per elettrodi con bassi numeri di Damköhler, ha aiutato gli ingegneri della Cornell ad identificare l’indio come un elemento estremamente promettente per la realizzazione dell’anodo. “Può essere efficacemente accoppiato con vari materiali catodici per creare una batteria che si carica rapidamente e si scarica lentamente“, ha aggiunto Jin.
Verso la ricarica rapida delle batterie al litio
Nel dettaglio, il nuovo studio mostra che questo metallo possiede due caratteristiche cruciali per l’anodo. Vanta una barriera energetica di migrazione estremamente bassa, che stabilisce la velocità con cui gli ioni si diffondono allo stato solido; e una modesta densità di corrente di scambio, correlata alla velocità con cui gli ioni vengono ridotti nell’anodo. La combinazione di queste qualità – diffusione rapida e cinetica di reazione superficiale lenta – è essenziale per una rapida ricarica delle batterie al litio e una conservazione della carica di lunga durata.
Il risultato? La nuova batteria può caricarsi in meno di cinque minuti, più velocemente di qualsiasi batteria simile sul mercato. Inoltre può affrontare migliaia di cicli carica-scarica mantenendo prestazioni stabili.
Peccato che la praticità non sia un fattore contemplato. “Anche se questo risultato è entusiasmante, in quanto ci insegna come ottenere batterie a carica rapida, l’indio è pesante”, ha sottolineato il professore Lynden Archer. “Abbiamo però un’opportunità per la modellazione chimica computazionale, magari utilizzando strumenti di intelligenza artificiale generativa, per scoprire quali altri materiali chimici leggeri potrebbero ottenere gli stessi numeri di Damköhler intrinsecamente bassi. Ad esempio, esistono leghe metalliche là fuori che non abbiamo mai studiato e che hanno le caratteristiche desiderate?”.
