Probabilmente hai sperimentato il terrore di un telefono improvvisamente morto che è glacialmente lento a ricaricarsi. Auricolari o laptop che muoiono nei momenti più scomodi. Forse hai ritardato l’acquisto di un’auto elettrica a causa dell’autonomia limitata della crociera (o del prezzo elevato). Questi guasti della batteria e crolli della carica derivano da carenze delle batterie agli ioni di litio alimentando la tecnologia di oggi.
L’elettrolita gelatinoso composto da cloruro di litio e fluoruro di gallio promette di migliorare le batterie. Credito immagine: Samsung Advanced Institute of Technology
Ma una recente ricerca presso il National High Magnetic Field Laboratory, con sede presso la Florida State University, sta facendo avanzare il lavoro su un nuovo e migliore tipo di batteria.
Gli scienziati stanno cercando di passare dalle batterie agli ioni di litio a base di elettrolita liquido che hanno alimentato i nostri dispositivi negli ultimi 30 anni a sistemi a stato solido in grado di soddisfare le esigenze della prossima generazione di elettronica. Le batterie a stato solido sono più sicure e riducono il rischio di incendio quando una batteria è danneggiata, presenta cortocircuiti o è surriscaldata. Offrono anche densità di energia più elevate e una maggiore durata della batteria.
“In questo momento, forse noti che i tuoi iPhone o i tuoi tablet hanno un determinato periodo di tempo prima che la batteria si esaurisca o prima che tu debba sostituirla con una nuova. Idealmente, le batterie allo stato solido dovrebbero durare più a lungo”, ha affermato il dottorando della FSU Erica Truong.
Ma un grave inconveniente ha impedito un utilizzo più ampio delle batterie a stato solido. Sono costosi da produrre e difficili da produrre in grandi quantità.
Truong fa parte del gruppo di ricerca di Yan-Yan Hu, professore di chimica e biochimica della Florida State Universitylavorando per sviluppare sistemi di batterie a stato solido che migliorino le prestazioni e siano commercialmente validi.
“In questo studio, abbiamo esaminato un nuovo design di elettrolita solido che può essere generalmente applicato ad altri sistemi per contribuire a migliorarne le prestazioni”, ha affermato Truong.
Gli elettroliti sono fondamentali nelle batterie, poiché fungono da separatore tra il catodo (terminale negativo) e l’anodo (terminale positivo). Facilitano il movimento degli ioni tra gli elettrodi, consentendo alla batteria di caricarsi quando collegata a un alimentatore o di fornire energia quando collegata a un dispositivo come un telefono.
Il team della FSU ha analizzato le strutture e le proprietà di un promettente elettrolita composto da cloruro di litio e fluoruro di gallio. Hanno scoperto una strategia in grado di promuovere efficacemente il trasporto degli ioni negli elettroliti solidi.
Utilizzando lo stato solido del MagLab Risonanza magnetica nucleare sistemi, i ricercatori hanno esaminato le caratteristiche strutturali dell’elettrolita gelatinoso che contribuiscono al trasporto degli ioni. L’indagine ha scoperto che il cloro e il fluoro si combinano in qualcosa chiamato clustering di carica, liberando gli ioni di litio.
Ciò si traduce in una ricarica rapida e una maggiore durata della batteria.
“Il fenomeno del clustering di carica aiuta a indebolire il legame tra il litio e gli altri componenti, in modo che il litio possa muoversi più velocemente e in modo più efficiente attraverso l’elettrolita”, ha affermato Truong.
I risultati del gruppo sono stati pubblicati in Progressi della scienza.
“La cosa interessante di questo materiale è che non è puramente solido; è più simile all’argilla”, ha detto Truong.
Questa qualità simile all’argilla significa che il materiale può essere modellato e modellato per adattarsi a qualsiasi spazio.
“Ciò potrebbe essere utile perché può essere incorporato meglio nella batteria, migliorando il contatto tra l’elettrolita e gli elettrodi”, ha spiegato Truong.
Al progetto ha collaborato con Samsung attraverso il suo Istituto Avanzato di TecnologiaQuale inizialmente progettò e sintetizzato l’elettrolita di cloruro di litio e fluoruro di gallio nel 2021.
Tra le tante aziende di elettronica, Samsung è alla ricerca della batteria a stato solido ideale che aumenti le prestazioni, migliori la sicurezza e possa essere prodotta su larga scala in modo rapido ed economico.
I ricercatori della FSU ritengono che le loro scoperte ispireranno nuove frontiere nella progettazione delle batterie, compresi gli elettroliti a stato solido che utilizzano sodio, calcio o magnesio, portando a batterie con prestazioni “di gran lunga superiori allo stato dell’arte”.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
