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Batterie al litio: la nuova tecnologia le rende molto più sicure e 10 volte più veloci

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Non è un segreto per nessuno. Le batterie al litio nei nostri attuali smartphone tendono a surriscaldarsi . Nella maggior parte dei casi, un cortocircuito interno provoca l’aumento della temperatura della batteria e l’estensione del dispositivo. Purtroppo alcuni casi si trasformano in drammi . Nell’ottobre 2019, una ragazza adolescente ha perso la vita dopo l’esplosione del suo smartphone durante la ricarica . Poco dopo in Francia, un cinema di Tolosa è stato costretto a evacuare i suoi clienti a causa di un incendio causato da uno smartphone .

Tuttavia, i ricercatori della A&M University in Texas (Stati Uniti) sembrano aver trovato una soluzione ai molteplici problemi delle batterie al litio . Grazie all’integrazione di nanotubi di carbonio nell’anodo (nota: l’elettrodo in cui entra la corrente) di una batteria al litio metallico , questi scienziati sono riusciti a produrre un modello molto più sicuro e veloce rispetto alle versioni attuali .

Secondo i ricercatori, l’architettura unica di questo anodo aumenterà considerevolmente la velocità di ricarica . ”  Questa nuova architettura impedisce l’accumulo di litio all’esterno dell’anodo, che nel tempo può causare un contatto involontario tra il contenuto dei due scomparti della batteria, che è una delle cause principali esplosione di dispositivi “, afferma Juran Noh, uno studente di scienze dei materiali collegato al laboratorio del professor Choongho Yu, capo del dipartimento di ingegneria meccanica.

Primo passo: dal litio al metallo puro

Prima di procedere è necessario fornire alcune spiegazioni. Quando una batteria al litio si carica e si scarica, gli ioni di litio vengono trasportati in entrambe le direzioni tra il catodo (nota: elettrodo da cui fuoriesce la corrente) e l’anodo. Nella stragrande maggioranza dei casi, l’anodo è costituito da granito e rame . Solo l’uso di questi materiali rappresenta un problema.

A volte gli ioni di litio non si depositano uniformemente sulla superficie dell’anodo, ma formano piuttosto dei grappoli . Questi cluster sono chiamati dendriti . Nel tempo, questi dendriti si sviluppano, crescono e infine forano il materiale che separa i due scomparti della batteria. Questa violazione provoca quindi un corto circuito e può incendiare il dispositivo.

Inoltre, la crescita dei dendriti influisce significativamente sulle prestazioni delle batterie consumando ioni di litio, che in realtà non sono più disponibili per la generazione di energia. Tuttavia, secondo Juran Noh, l’uso di un anodo al litio-metallo consente di ottenere una densità di energia molto più elevata, offrendo così una capacità 10 volte maggiore di quella di una batteria convenzionale.

Secondo passo: risolvere il problema dendrite

Se questi anodi al litio-metallo garantiscono sicuramente prestazioni migliori, sono anche minacciati dai dendriti . Per farla finita, Jurah Noh e i suoi collaboratori hanno progettato anodi con materiali ultra leggeri e altamente conduttivi chiamati nanotubi di carbonio . Disposti sotto forma di un’impalcatura, questi nanotubi di carbonio contengono spazi in cui gli ioni di litio possono depositare. Per legare questi ioni alla superficie dell’anodo, i ricercatori hanno aggiunto molecole di legame.

Tuttavia, i nanotubi di carbonio non si legano correttamente agli ioni di litio. Dopo diversi aggiustamenti, i ricercatori hanno trovato la formula miracolosa. Grazie all’integrazione di una moderata quantità di molecole leganti , la formazione di dendriti era impossibile e la quantità di ioni in grado di legarsi alla superficie dell’anodo era molto maggiore.

Di conseguenza, la capacità della batteria si moltiplica e sono scomparsi i problemi di surriscaldamento e prestazioni ridotte legate ai dendriti . “La  costruzione di anodi di litio metallico sicuri e di lunga durata è stata una sfida scientifica per molti decenni. Gli anodi che abbiamo sviluppato hanno superato questi ostacoli e costituiscono un primo passo importante verso le applicazioni commerciali delle batterie al litio metallico ”. 

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Daniel Akahttps://plus.google.com/106923473571641893009
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