Batterie con più energia con i nanotubi al germanio

Un anodo basato su nanotubi al germanio sarebbe in grado di conservare tre volte più carica rispetto alle soluzioni tradizionali in grafite, gettando le basi per batterie agli ioni di litio con una maggiore autonomia.

È questa la scoperta fatta dai ricercatori sudcoreani dell'Ulsan National Institute of Science and Technology, guidati dal ricercatore Jaephil Cho. Il nuovo anodo si carica e scarica 5 volte più rapidamente rispetto alle soluzioni al silicio, dura per il doppio dei cicli ed è più facile da fabbricare. La sua vita di 400 cicli è simile a quella delle soluzioni in grafite ed è sufficiente per batterie di dispositivi portatili, ha dichiarato il ricercatore.

I nanotubi sono stati realizzati riscaldando i nanofili in germanio ricoperti di antimonio a 700 gradi per cinque ore. In questo processo gli atomi di germanio si diffondono verso l'esterno formando nanotubi cavi dotati di "wall" con uno spessore di 40 nanometri. 

Questo metodo di produzione dovrebbe consentire la fabbricazione in volumi e potrebbe essere usato anche per il silicio. Inoltre, a differenza dei processi usati comunemente per sintetizzare il silicio e altri nanotubi, questo metodo ha una resa elevata e produce nanotubi uniformi.

"Questi anodi rispondono ai requisiti delle celle agli ioni di litio", ha affermato Cho. Il ricercatore ha collaborato con LG Chem, azienda della galassia LG Group impegnata nel settore chimico. L'obiettivo di queste ricerche è realizzare batterie con una capacità maggiore, utilizzabili anche per le auto elettriche.

La carica e scarica di una batteria richiede che gli ioni di litio si spostino all'interno e all'esterno dell'anodo. Maggiore è il litio che l'elettrodo può immagazzinare, più elevata è l'energia che la batteria più archiviare. Silicio e germanio possono, in teoria, mantenere una carica rispettivamente 10 e 4 volte superiore rispetto allo stesso quantitativo (in peso) di grafite. Finora il silicio, grazie al costo inferiore, è stato il materiale più usato nelle sperimentazioni. Tuttavia il silicio cristallino si rompe a causa di rigonfiamenti e contrazioni ripetute.

"I materiali nanostrutturati resistono meglio agli stress per cambiamenti nel volume, quindi ricercatori e una manciata di startup stanno realizzando anodi da nanofili in silicio, nanotubi e nanoparticelle porose. Tra questi i nanotubi hanno la migliore capacità di carica", scrive Technologyreview.

"Lo svantaggio negli anodi fatti di nanotubi al silicio è il loro ridotto ciclo di vita: tipicamente mantengono la loro capacità per appena 200 cicli. I nanotubi al germanio non solo durano di più, ma si caricano e scaricano anche più rapidamente, perché gli ioni di litio si diffondono attraverso il germanio a una maggiore velocità", aggiunge il sito. 

Un punto cruciale per lo sviluppo di batterie con anodi basati su nanotubi al germanio riguarda il costo di questo materiale, attualmente elevato. Secondo Jaephil Cho l'interesse crescente per questo tipo di anodi porterà a una riduzione del costo del materiale. Purtroppo i ricercatori non hanno reso noto se e quando vedremo i nuovi anodi all'interno di batterie commerciali.