Nanochains per aumentare la capacità della batteria



I 'nanochains' potrebbero aumentare la capacità della batteria e ridurre i tempi di ricarica.

La durata della batteria del telefono o del computer dipende da quanti ioni di litio possono essere conservati nel materiale dell'elettrodo negativo della batteria. Se la batteria si esaurisce con questi ioni, non può generare una corrente elettrica per far funzionare un dispositivo e alla fine si esaurisce.

I materiali con una maggiore capacità di immagazzinamento degli ioni di litio sono o troppo pesanti o di forma errata per sostituire la grafite, il materiale per elettrodi attualmente utilizzato nelle batterie di oggi. Gli scienziati e gli ingegneri della Purdue University hanno introdotto un modo potenziale per trasformare questi materiali in un nuovo design di elettrodi che consentirebbe loro di aumentare la durata della batteria, renderla più stabile e ridurre i tempi di ricarica.

Lo studio, pubblicato da Applied Nano Materials, (1) narra la creazione di una struttura a rete chiamata 'nanochain', di antimonio, un metalloide noto per migliorare la capacità di carica degli ioni di litio nelle batterie. I ricercatori hanno confrontato gli elettrodi della struttura a rete 'nanochain' con elettrodi di grafite scoprendo che quando le batterie con l'elettrodo 'nanochain' venivano caricate solo per 30 minuti, raggiungevano il doppio della capacità degli ioni di litio per 100 cicli di carica-scarica.

Alcuni tipi di batterie commerciali utilizzano già compositi di carbonio-metallo simili agli elettrodi negativi in metallo antimonio, ma il materiale tende ad espandersi fino a tre volte mentre assorbe ioni di litio, causando un rischio per la sicurezza quando la batteria si carica.

Attraverso l'applicazione di composti chimici - un agente riducente e un agente nucleante - gli scienziati della Purdue University hanno collegato le minuscole particelle di antimonio in una forma di struttura a rete 'nanochain' che avrebbe adattato l'espansione richiesta. Il particolare agente riducente utilizzato dal team, l'ammoniaca-borano, è responsabile della creazione degli spazi vuoti - i pori all'interno della 'nanochain' - che favoriscono l'espansione e sopprimono il guasto dell'elettrodo.

Il team ha applicato ammoniaca-borano a diversi composti dell'antimonio, scoprendo che solo il cloruro di antimonio produceva la struttura di 'nanochain'.

Il 'nanochain' mantiene inoltre stabile la capacità degli ioni di litio per almeno 100 cicli di carica-scarica. “Non vi è sostanzialmente alcun cambiamento dal ciclo 1 al ciclo 100, quindi non abbiamo motivo di pensare che il ciclo 102 non sarà lo stesso”, ha dichiarato il dottor Vilas Pol, (2) professore associato di ingegneria chimica presso la Purdue University.

“La nostra procedura per rendere le nanoparticelle fornisce costantemente le strutture a catena”, ha affermato il dottor P. V. Ramachandran, (3) professore di chimica organica alla Purdue University.

Henry Hamann, uno studente laureato in chimica a Purdue, si è occupato di sintetizzare la struttura di 'nanochain' di antimonio e Jassiel Rodriguez, un candidato postdottorato di ingegneria chimica Purdue, ha effettuato mirati test inerenti alle prestazioni della batteria elettrochimica.

Il design degli elettrodi ha il potenziale per essere scalabile per batterie più grandi, affermano i ricercatori. Il team ha in programma di testare successivamente il design delle batterie a tasca.

Questo lavoro è stato sostenuto finanziariamente dal Herbert C. Brown Center del Borane Research.

Riferimenti:

(1) Three-Dimensional Antimony Nanochains for Lithium-Ion Storage

(2) Vilas Pol

(3) P. V. Ramachandran

Descrizione foto: rappresentazione artistica di una batteria a bottone con un elettrodo di rame (a sinistra) contenente una struttura di 'nanochain' nera, che i ricercatori hanno scoperto potrebbe aumentare la capacità di una batteria e ridurre i tempi di ricarica. - Credit: Purdue University illustration/Henry Hamann.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: ‘Nanochains’ could increase battery capacity, cut charging time

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