Da un team di scienziati della Cornell University un nuovo approccio all'energy storage: un anodo funzionale e una rete di catodo sono separati da un elettrolita ultrasottile all'interno di una singola nanostruttura
Una nuova architettura 3D è in grado velocizzare i tempi di ricarica della batteria
(Rinnovabili.it) – La batteria del futuro? Non ha nulla a che fare con quello che avete visto finora. Gli scienziati della Cornell University, negli Stati Uniti, hanno completamente rivoluzionato la tradizionale architettura elettrochimica per creare dispositivo di storage capace di ricaricarsi in pochissimi secondi. Il “segreto” del loro successo si basa sull’esser riuscita a portare ne mondo dell’energy storage la capacità di autoassemblaggio di un particolare polimero, usato per anni dal gruppo in altri dispositivi. La molecola in questione è un copolimero a base di nitruro di niobio, un superconduttore capace di formare da solo una struttura a spirale in tre dimensioni, quella che viene chiamata tecnicamente giroide. Il risultato è un minuscolo cubo la cui superficie divide lo spazio in due volumi separati che si compenetrano, quello “vuoto” dei pori e quello “pieno” del superconduttore.
L’idea di partenza dello studio era relativamente semplice: perché, anziché impiegare la classica composizione “lineare” anodo-elettrolita-catodo della batteria, non provare a intrecciare tutti questi componenti in minuscola struttura giroidale? Una simile architettura su scala nanometrica potrebbe infatti migliorare la capacità di alimentazione senza influire negativamente sulla densità di energia del dispositivo. “Si tratta di un’architettura davvero rivoluzionaria per le batterie”, spiega Ulrich Wiesner, professore di ingegneria presso la Cornell University e a capo del gruppo di ricerca.
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In questo caso il concetto dell’auto assemblaggio è stato applicato a film sottili a base di carbonio, materiale anodico: le pellicole in carbonio, grazie all’autoassemblaggio a spirale 3D, hanno creato una serie di pori periodici dell’ordine di 40 nanometri di larghezza. Il team ha rivestito questi buchi con un materiale in grado di condurre ioni, quindi ha riversato lo zolfo (il materiale anodico) e poi riempito gli spazi vuoti rimanenti con un polimero a conduzione elettronica, noto come PEDOT. “Questa architettura tridimensionale elimina fondamentalmente tutte le perdite da volume morto nel dispositivo”. Ora, spiega Wiesner “è possibile accedere all’energia in tempi molto più brevi rispetto a quanto accade di solito con le architetture di batterie convenzionali […] nel momento in cui inserisci il cavo nella presa, in pochi secondi, forse anche più velocemente, la batteria si ricarica”. Ovviamente il lavoro offre solo una prova di concetto e sono diverse le sfide da risolvere sfide come, ad esempio, le variazioni di volume durante la scarica e la ricarica della batteria, che degradano gradualmente il PEDOT.
