I vantaggi delle batterie a ioni di litio elastiche
E’ iniziata ufficialmente l’era dell’elettronica flessibile. Nonostante i primi grandi progressi in materia appartengano agli anni ’50 del secolo scorso, i circuiti elettronici flessibili hanno ricevuto la giusta attenzione solo di recente. E con la crescita delle applicazioni finali è via via aumentata anche la necessità di supporti di alimentazione compatibili. Si inserisce in questo filone di ricerca la nuova batteria a ioni di litio elastica creata presso la Nanjing University of Posts & Telecommunications, in Cina.
Non è la prima volta che si sente parlare di batterie “morbide”. Nel 2019 l’Università politecnica di Hong Kong ha creato un prototipo di batterie litio zolfo su tessuto che poteva essere piegata oltre 1.000 volte con un raggio di curvatura sotto un millimetro. Nel 2021 l’Università del British Columbia hanno messo a punto una ricaricabile “gommosa” per l’elettronica indossabile, in grado di resistere persino ai lavaggi in acqua. Nel 2023 gli scienziati dell’Università politecnica di Hong Kong hanno presentato una batteria allungabile del 15% pur rimanendo perfettamente funzionante.
Dalla Cina la batteria al litio che si allunga del 5000%
Questi sono solo alcuni dei risultati raggiunti negli anni e in parte superati dalla nuova ricerca cinese. Il team della Nanjing University of Posts & Telecommunications ha creato infatti un dispositivo di accumulo elettrico che può essere allungato del 5.000%. E in grado di mantenere la sua capacità dopo quasi 70 cicli di carica/scarica.
Il segreto del successo ? L’approccio. Anziché integrare i diversi componenti in una base flessibile, gli scienziati hanno reso gli stessi elastici.
“Finora, i prototipi di batterie veramente elastiche hanno mostrato un’elasticità moderata, processi di assemblaggio complessi o una capacità di accumulo di energia limitata, soprattutto nel tempo con ripetute cariche e scariche”, si legge nel comunicato stampa pubblicato da American Chemical Society. “Quest’ultima può essere dovuta a una debole connessione tra lo strato elettrolitico e gli elettrodi o all’instabilità dell’elettrolita fluido, che può muoversi quando la batteria cambia forma. Quindi, anziché usare un liquido, Wen-Yong Lai e i suoi colleghi hanno voluto incorporare l’elettrolita in uno strato di polimero fuso tra due pellicole di elettrodi flessibili, per creare una batteria completamente solida ed elastica”.
Una nuova ricetta per l’accumulo elettrochimico
I due elettrodi sono stati creati a partire da una sottile pellicola di pasta conduttiva contenente nanofili d’argento, nero carbone e materiali catodici o anodici a base di litio. Sul film è stato applicato quindi uno strato di polidimetilsilossano, un silicone comunemente utilizzato nelle lenti a contatto. Quindi è stato aggiunto un sale di litio, un liquido altamente conduttivo e gli ingredienti per creare un polimero elastico. “Quando attivati dalla luce, questi componenti si sono combinati per formare uno strato solido e gommoso in grado di allungarsi fino al 5000% rispetto sua lunghezza originale e in grado di trasportare ioni di litio. Infine, la pila è stata ricoperta con un’altra pellicola di elettrodi e l’intero dispositivo è stato sigillato in un rivestimento protettivo”.
La ricerca è solo all’inizio e gli autori ritengono siano possibili decisi miglioramenti ma i primi risultati appaiono già interessanti. La nuova batteria a ioni di litio elastica ha mantenuto la sua capacità iniziale per 67 cicli di carica e scarica.
La ricerca è stata pubblicata su ACS Energy Letters (testo in inglese).
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