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Batterie ricaricabili velocemente: la rivoluzione arriva nel materiale degli elettrodi

Sono ormai diventati comuni le tecnologie di ricarica rapida che consentono di ricaricare vari dispositivi fino all’80% e tanti produttori propongono tecnologie sempre più avanzate in termini di ricarica rapida, utili nell’ambito della telefonia cellulare ma non solo.

L’ultima novità nel settore arriva da un gruppo di scienziati statunitensi che riferiscono di avere osservato esattamente in che modo le particelle elettricamente cariche si muovono all’interno di una batteria.

I ricercatori, seguiti dal Brookhaven National Laboratory (BNL) – laboratorio nazionale statunitense dove lavorano migliaia di scienziati, ingegneri e tecnici – hanno avuto modo di osservare in tempo reale gli ioni di litio che passano attraverso le celle litio-titanato (LTO), materiale dell’elettrodo alternativo per la ricarica rapida.

Gli scienziati hanno appreso che tali particelle, si spostano quando la batteria si sta scaricando; facendo in modo che queste particelle si muovano più velocemente, è possibile creare batterie che è possibile caricare e scaricare più in fretta, senza problemi che si presentano con le attuali tecnologie di ricarica veloce.

L’esempio è quello di una automobile: servono pochi minuti per riempire il serbatoio, ma molte ore per ricaricare la batteria. “Capire come si spostano gli ioni di litio è un grande passo e permetterà di creare batterie migliori, con tempi di ricarica molto ridotti”, spiega Feng Wang, co-autore e scienziato dei materiali dell’Interdisciplinary Sciences Department del Brookhaven National Laboratory.

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Gli scienziati hanno utilizzato uno speciale cella elettrochimica (cella per batterie), inserita in un microscopio elettronico a trasmissione (TEM) per “tracciare in tempo reale la migrazione degli ioni di litio nelle nanoparticelle LTO”; questo ha consentito di osservare attivamente, a livello microscopio, ciò che avviene in una batteria durante il caricamento e lo scaricamento. È stato scoperto che l’LTO assume nuove forme atomiche tra lo stato iniziale e quello finale, forme che gli scienziati hanno denominato “distorsioni poliedriche locali”. I ricercatori riferiscono che le distorsioni riducono la barriera di energia fornendo una “superstrada atomica” altamente conduttiva sulla quale gli ioni di litio possono viaggiare. In pratica si è scoperto che il litio-titanato è un’utile alternativa agli elettrodi in grafite che normalmente si trovano nelle batterie agli ioni di litio; oltretutto l’LTO resiste meglio alla zincatura delle lamine rispetto a quanto permesso dalla grafite (un conduttore elettrico e termico). Nel 2014 un diverso gruppo di ricercatori dell’Università di Monaco aveva individuato negli anodi in grafite le cause dell’invecchiamento delle batterie agli ioni di litio.

Un materiale alternativo per gli elettrodi la chiave di volta per batterie ricaricabili velocemente e senza problemi
Scienzziati del Brookhaven. Da sinistra a destra: Deyu Lu, Mehmet Topsakal, Yimei Zhu, Lijun Wu e Feng Wang

Tirando le somme, i ricercatori riferiscono la possibilità di creare batterie di nuova generazione che sarà possibile non solo caricare più velocemente ma che potranno vantare caratteristiche di maggiore durata, con minori problemi di invecchiamento. Bisognerà verificare tutta una serie di problematiche ma la strada è spianata e la promessa è che fra qualche anno avremo batterie che si caricano velocemente, senza i potenziali danni delle odierne tecnologie di ricarica veloce.

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