L’Università dell’Illinois sperimenta i materiali self-healing nella realizzazione di anodi a base di nanoparticelle in silicio, per batterie più durevoli ed efficienti
(Rinnovabili.it) – La tecnologia dell’autoriparazione (self-healing) fa il suo ingresso nel settore dell’energy storage. I ricercatori dell’Università dell’Illinois hanno trovato un modo di applicare materiali auto-rigeneranti al design delle batterie al litio.
Si tratta di sostanze create sinteticamente e dotate della capacità di riparare automaticamente i danni a se stesse senza alcuna diagnosi esterna del problema o intervento umano. Le ceramiche e i materiali cementizi sono tra le più “vecchie” applicazioni ad aver sperimentato la tecnologia di self healing.
È invece una prima volta quella condotta dagli ingegneri Nancy Sottos e Scott White. Il duo ha sviluppato una dispositivo che utilizza sul lato della batteria caricato negativamente un nuovo materiale composito di nanoparticelle in silicio e un legante ad hoc.
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“Questo lavoro è particolarmente innovativo per la ricerca sui materiali di auto-guarigione perché si applica per la prima volta a dispositivi che immagazzinano l’energia”, spiega White. “È un obiettivo completamente diverso. Invece di recuperare prestazioni strutturali, rigeneriamo la capacità di accumulo energetico”.
Nanotecnologia e autoriparazione per le batterie al litio
Gli scienziati hanno messo mano ad un problema storico delle batterie al litio. I dispositivi oggi in commercio possiedono a livello dell’anodo (la parte caricata negativamente nella batteria) particelle di grafite. Riuscire a sostituirla con il silicio significherebbe aumentare la capacità della batteria e dunque riuscire a immagazzinare più energia. Tuttavia questo semiconduttore va incontro modifiche volumetriche per ogni ciclo di carica e scarica così sensibili da ridurne fortemente la durata. Impiegare la nanotecnologia rimedia in parte al problema, ma apre la porta ad altre difficoltà: i cicli di carica e scarica inducono le nanoparticelle in silicio a staccarsi dal legante, inibendo il lavoro del dispositivo.
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È esattamente a questo punto che entra in gioco il lavoro dell’Università dell’Illinois: per combattere questo problema, il gruppo ha perfezionato ulteriormente l’anodo dandogli la capacità di fissarsi al volo. Questa auto-guarigione avviene attraverso un legame chimico reversibile a livello dell’interfaccia tra le nanoparticelle di silicio e il legante polimerico. Il risultato? Le nuove batterie al litio conservano ora l’80 per cento della capacità iniziale anche dopo 400 cicli.
Inoltre vantano una densità di energia molto più alta, il che significa che possono memorizzare un maggior quantitativo di elettricità rispetto ad una batteria con l’anodo in grafite della stessa dimensione.
