La microfluidica incontra le batterie ricaricabili al litio metallico
(Rinnovabili.it) – Le batterie ricaricabili al litio metallico sono una delle più promettenti alternative alla tecnologia d’accumulo a ioni di litio. Grazie ad un’impareggiabile densità di carica continuano ad affascinare il mondo della ricerca, promettendo grandi svolte nello storage mobile e fisso. Peccato che proprio nella versione ricaricabile, il litio metallico porti con sé un problema abbastanza limitante. Durante i cicli di carica e scarica, infatti, l’interfase che si forma tra elettrolita ed elettrodi tende a favorire la produzione di dendriti sulla superficie del catodo. Di cosa si tratta? Di minuscole formazioni irregolari e aghiformi che possono perforare il separatore della batteria provocando cortocircuiti o addirittura l’esplosione del dispositivo.
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Il fenomeno è stato studiato a fondo. Si ritiene che la crescita dei dendriti sia causata dalla competizione tra il trasferimento di massa e il tasso di riduzione degli ioni di litio vicino alla superficie del catodo. Quando il secondo processo è molto più veloce del primo, si crea un strato instabile che porta alla formazione di queste “foreste appuntite”.
Diverse le soluzioni studiate in questi anni per risolvere o aggirare il problema. L’ultima è quella sfornata dai laboratori di ingegneria chimica presso l‘Università della California a Davis. Qui il professor Jiandi Wan e il suo gruppo di ricerca hanno progettato un nuovo cocept da applicare al design delle batterie ricaricabili al litio metallico. L’idea di Wan era di far fluire gli ioni attraverso il catodo in un canale microfluidico per compensare il gap creato dai due processi (trasferimento di massa e riduzione degli ioni). Nel documento, il team ha delineato alcuni test di prova, scoprendo come il loro “trucco” potrebbe ridurre la crescita dei dendriti fino al 99%.
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Per gli scienziati si tratta di risultati entusiasmanti in quanto prova teorica dell’efficacia dell’applicazione della microfluidica ai problemi delle batterie. Risultati che potrebbero aprire una nuova strada in questo settore. “Con questo studio e gli approcci microfluidici, siamo stati in grado di comprendere quantitativamente l’effetto del flusso sulla crescita dei dendriti”, ha detto Wan. “In pochi l’hanno studiato”. Sebbene con molta probabilità non sarà possibile incorporare direttamente la microfluidica nelle batterie reali, il gruppo sta cercando modi alternativi per applicare tali principi e introdurre flussi locali vicino alla superficie del catodo. Lo studio è apparso su Science Advances (testo in inglese).