Realizzata la batteria più piccola al mondo che rivoluzionerà i veicoli ibridi e cellulari

Al Center for Integrated Nanotechnologies, il professor Jianyu Huang ricercatore dei Sandia National Laboratories,ha creato la batteria più piccola del mondo in ambiente controllato.

Il team guidato dal professor Jianyu Huang, ha realizzato quella che attualmente è la batteria più piccola al mondo. Tale soluzione, sviluppata in ambiente controllato, non avrà applicazioni commerciali, piuttosto sarà impiegata per il controllo delle dinamiche di funzionamento in scala atomica per comprendere le dinamiche fondamentali delle batterie e fare progressi nella ricerca.

Nonostante questo, la notizia assume un impatto notevole perché sarà utile per la creazione di nuovi accumulatori più performanti e capaci di autonomie da record.

L’uso di nanofili all’interno delle batterie agli ioni di litio offre un migliore potenziale rispetto agli elettrodi standard. Indagini più accurate sulle proprietà operative dei nanofili dovrebbero consentire sviluppi che potrebbero ripercuotersi su nuove generazioni di veicoli elettrici ibridi ricaricabili,portatili e cellulari.

Ad esempio, al posto dei classici elettrodi, possono essere impiegati dei nanofili all’interno degli accumulatori.

La batteria in ambiente controllato permetterà di eseguire numerosi test condotti per valutare i cicli di carica e scarica e comprendere come migliorarli. La batteria più piccola al mondo è composta da un singolo nanofilo di ossido di stagno che costituisce un vero e proprio anodo con un diametro di appena 100 nanometri e una lunghezza di 100 micrometri. Il catodo è in ossido di litio-cobalto “bulk” ed è lungo 3 millimetri. Durante le sperimentazioni, i ricercatori hanno fatto così una scoperta inattesa: il nanofilo all’ossido di stagno raggiunge una lunghezza quasi doppia durante la carica – molto più rispetto all’incremento del diametro – e ciò  potrebbe aiutare a evitare cortocircuiti e perciò salvaguardare la vita della batteria. “I produttori dovrebbe tenere conto nel design delle loro batterie di questa elongazione”. Generalmente si pensava che le batterie si gonfiassero lungo il loro diametro, non longitudinalmente. L’equipe di Huang ha scoperto che, durante la carica, il nanofilo all’ossido di stagno raggiunge una lunghezza quasi doppia diversamente da quanto accade per il diametro.
Tale osservazione consentirà di evitare eventuali cortocircuiti preservando, di fatto, l’autonomia della batteria.

Bisogna infatti considerare che, allo stato attuale, l’espansione volumetrica indotta dal processo di litiazione e la polverizzazione dei materiali per gli elettrodi rappresentano le problematiche di maggior impatto che incidono sulla qualità delle batterie. La I ricercatori hanno dunque usato nanomateriali come anodi, ma alla rinfusa anziché individualmente – un processo che ricorda quello di “osservare una foresta e cercare di capire il comportamento di un solo albero”, ha dichiarato Huang.

Il gruppo di Huang ha fatto questa scoperta seguendo la progressione degli ioni lungo il nanofilo. Durante questo processo i nanofili creano ciò che i ricercatori hanno battezzato “Medusa front“, ovvero un’area dove l’alta densità delle dislocazioni mobili fa sì che il nanofilo si pieghi e muova fino a quando gli ioni scorrono. La rete delle dislocazioni è causata dalla penetrazione del litio nel reticolo cristallino. “Queste osservazioni dimostrano anche che i nanofili possono sostenere un grande stress (>10 GPa) indotto dalla litiazione, e ciò indica che i nanofili sono buoni candidati per gli elettrodi delle batterie”, ha dichiarato Huang.

Il nanofilo è stato caricato a un potenziale di circa 3,5 volt. Finora un’indagine in scala atomica del processo di carica e scarica di un singolo nanofilo non era stata possibile perché l’ambiente sottovuoto del TEM rendeva difficile usare un elettrolita liquido. Come parte delle scoperte effettuate, il gruppo di Huang ha dimostrato che un liquido ionico con vapore a bassa pressione – essenzialmente sale fuso – potrebbe funzionare in ambiente sottovuoto.

Sebbene il lavoro sia stato realizzato usando nanofili all’ossido di stagno (SnO2), gli esperimenti possono essere estesi ad altri materiali, sia per gli studi sugli anodi che sui catodi.

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