Ricercatori della University of Southern California (USC) hanno messo a punto una nuova batteria agli ioni di litio che usa nanoparticelle di silicio poroso al posto dei tradizionali anodi di grafite per offrire prestazioni superiori.
Le nuove batterie, che potrebbero essere usate sia sui dispositivi elettronici come gli smartphone ma anche sui veicoli ibridi, sono in grado di immagazzinare tre volte più energia rispetto alle soluzioni a base di grafite e si ricaricano in circa 10 minuti. Il prodotto, attualmente protetto da un brevetto "provvisorio", potrebbe essere disponibile commercialmente in due/tre anni.
E noi che pensavamo bastasse vestirsi come un simpatico coniglietto...
"È una ricerca interessante. Apre la porta alla progettazione della prossima generazione di batterie al litio", ha affermato Chongwu Zhou, professore alla USC Viterbi School of Engineering, che ha guidato il team che ha sviluppato la batteria. Zhou ha lavorato con i ricercatori Mingyuan Ge, Jipeng Rong, Xin Fang e Anyi Zhang, oltre che Yunhao Lu della Zhejiang University (Cina). La loro ricerca è stata pubblicata a gennaio su Nano Research nel mese di gennaio.
I ricercatori lavorano da tempo per usare il silicio, un materiale a basso costo e con una capacità potenzialmente superiore, per creare gli anodi nelle batterie. Il problema è che i precedenti progetti si rompevano in base per il ripetuto processo di rigonfiamento e sgonfiamento che si verifica durante i cicli di carica e scarica.
Lo scorso anno il team di Zhou ha lavorato su nanofili di silicio poroso che avevano un diametro inferiore ai 100 nanometri e una lunghezza solo di pochi micron. I piccoli pori sui nanofili consentivano al silicio di espandersi e contrarsi senza rompersi, e allo stesso tempo incrementavano l'area di superficie, permettendo così agli ioni di litio di diffondersi con maggiore rapidità dentro e fuori la batteria, migliorando le prestazioni.
Anche se quel progetto ha dato buoni riscontri, i nanofili non erano adatti alla produzione di massa. Per risolvere questo problema cruciale i ricercatori hanno preso nanoparticelle disponibili commercialmente - piccole sfere di silicio - e le hanno incise creando gli stessi pori dei nanofili. Le particelle funzionano in modo simile ai nanofili e possono essere fatte nella quantità che si desidera.
C'è tuttavia un problema. Le batterie basate sulle nanoparticelle di silicio durano per circa 200 cicli di ricarica - rispetto a una media di 500 per le soluzioni in grafite. Inoltre il vecchio progetto basato sui nanofili arrivava fino a 2000 cicli. Secondo Zhou è possibile, con ulteriore studio, incrementare la durata di vita della batteria basata sulle nanoparticelle. "Il metodo semplice che usiamo potrebbe generare un impatto concreto nel prossimo futuro in quei settori in cui si usano le batterie", ha commentato il professore.
Prossimamente il gruppo si focalizzerà nel trovare un nuovo materiale per il catodo in grado di garantire un'elevata capacità e una buona coesistenza con i nanofili al silicio poroso e/o le nanoparticelle al silicio poroso, creando così una batteria che sarà praticamente riprogettata da zero.