Un nuovo design catodico 3D a base di grafene fa compiere un balzo in avanti alle prestazione delle batterie ricaricabili in alluminio
I progressi tecnologici delle batterie a ioni di allumino
(Rinnovabili.it) – Le batterie a ioni di alluminio sono una delle tante soluzioni dell’energy storage che aspirano ad usurpare il trono alle ricaricabili tradizionali. A basso costo, sicure e con un’alta densità di potenza (1060 Wh / kg contro il limite di 406 Wh / kg degli ioni di litio), le batterie agli ioni di alluminio offrono vantaggi significativi rispetto la tecnologia di accumulo oggi in commercio. Allo stesso tempo, ciò che le favorisce (lo ione trivalente Al+++) costituisce anche il principale svantaggio tecnologico. Oggi la ricerca di settore deve risolvere ancora diverse sfide, a partire dalla breve vita di questi dispositivi e dalla riduzione della capacità energetica a cui vanno incontro. Per risolvere questi problemi, un gruppo di ricerca guidato da Gao Chao, professore nel Dipartimento di Scienze e Ingegneria dei Polimeri dell’Università di Zhejiang in Cina, ha proposto un nuovo design per il catodo della batteria, l’elettrodo le cui prestazioni, in questo caso, determinano i difficoltà sopracitate.
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Come funziona questa tecnologia? In maniera pressoché identica a quella a ioni di litio: gli ioni di alluminio forniscono energia fluendo dall’elettrodo negativo della batteria, il catodo, all’elettrodo positivo, l’anodo. Durante la ricarica, gli ioni di alluminio ritornano sull’anodo.
L’approccio scelto prevede di utilizzare nell’architettura catodica film di grafene (strato monoatomico di atomi di carbonio) assemblati in maniera da realizzare una struttura tridimensionale. L’assemblaggio ordinato degli strati di grafene porta a una struttura altamente orientata, contenente al suo interno una rete di canali di conduzione ionica.
Il procedimento, spiegano i ricercatori, è in grado di soddisfare i requisiti richiesti alle batterie a ioni di alluminio, regalando a questi dispositivi alte prestazioni a velocità record. Nel dettaglio il nuovo design catodico – battezzato con il nome di “trihigh tricontinuous – 3H3C” – ha permesso agli scienziati di allungarne considerevolmente la vita, mantenendo sopra il 91% delle capacità originali dopo 250mila cicli di carica /scarica. Fino a ieri il valore più alto mai raggiunto erano stati i 7.500 cicli della batteria all’alluminio-grafite della Stanford University. La nuova pila dell’Università di Zhejiang mostra anche una capacità senza precedenti ad alta velocità di carica e un’ampia gamma di temperature di funzionamento: da meno 40° a 120° C). I risultati dello studio sono stati pubblicati sul numero di Science Advances del 15 dicembre 2017.
