I ricercatori hanno scoperto che è uno degli elettroliti più promettenti per una maggiore durata batterie al litio ha nanostrutture complesse che agiscono come le strutture micellari nell’acqua saponata.
Il sapone potrebbe nascondere il segreto per batterie al litio più durature – foto illustrativa. Credito immagine: Pixabay (licenza gratuita Pixabay)
Quando si tratta di produrre batterie che durino più a lungo, un team di ricercatori, tra cui ingegneri della Brown University e dell’Idaho National Laboratory, ritiene che la chiave potrebbe risiedere nel modo in cui le cose vengono pulite, in particolare nel modo in cui il sapone funziona in questo processo.
Prendiamo ad esempio il lavaggio delle mani. Quando qualcuno si lava le mani con il sapone, il sapone forma strutture chiamate micelle che intrappolano e rimuovono grasso, sporco e germi quando vengono sciacquate con acqua. Il sapone fa questo perché funge da ponte tra l’acqua e ciò che viene ripulito, legandoli e avvolgendoli in quelle strutture micellari.
Nel condurre a nuovo studio pubblicato su Nature Materials, i ricercatori hanno notato che un processo simile si svolge in quella che è diventata una delle sostanze più promettenti per la progettazione di batterie al litio più durature: un nuovo tipo di elettrolita chiamato elettrolita localizzato ad alta concentrazione.
Questa nuova comprensione di come funziona questo processo, postulano nel documento, potrebbe essere il pezzo mancante per aprire completamente la porta in questo settore emergente della tecnologia.
Sistema di accumulo e ricarica dell’energia della batteria – foto illustrativa. Credito immagine: Henry & Co. tramite Unsplash, licenza gratuita
“Il quadro generale è che vogliamo migliorare e aumentare la densità energetica delle batterie, ovvero quanta energia immagazzinano per ciclo e quanti cicli dura la batteria”, ha affermato Yue Qi, professore alla Brown’s School of Engineering.
“Per fare questo, i materiali all’interno delle batterie tradizionali devono essere sostituiti per rendere realtà le batterie a lunga durata che immagazzinano più energia – pensa alle batterie che possono alimentare un telefono per una settimana o più, o ai veicoli elettrici che percorrono 500 miglia”.
Gli scienziati hanno lavorato attivamente per passare alle batterie realizzate con litio metallico perché hanno una capacità di accumulo di energia molto più elevata rispetto alle attuali batterie agli ioni di litio.
Il ostacolo sono gli elettroliti tradizionali, che sono integrali perché consentono alla carica elettrica di passare tra i due terminali di una batteria, innescando la reazione elettrochimica necessaria per convertire l’energia chimica immagazzinata in energia elettrica.
Gli elettroliti tradizionali per le batterie agli ioni di litio, che sono essenzialmente costituiti da sale a bassa concentrazione disciolto in un solvente liquido, non lo fanno in modo efficace nelle batterie a base metallica.
Elettroliti localizzati ad alta concentrazione sono stati progettati dagli scienziati dell’Idaho National Laboratory e del Pacific Northwest National Laboratory per affrontare questa sfida. Si realizzano mescolando un’alta concentrazione di sale in un solvente con un altro liquido chiamato diluente, che fa scorrere meglio l’elettrolita in modo da poter mantenere la potenza della batteria.
Batterie – foto illustrativa. Credito immagine: Lenharth Systems tramite StockSnap, CC0 dominio pubblico
Finora, nei test di laboratorio, questo nuovo tipo di elettrolita ha mostrato risultati promettenti, ma come funziona e perché non è mai stato compreso appieno, mettendo un limite alla sua efficacia e al modo in cui può essere sviluppato meglio. Questo è ciò che il nuovo studio aiuta ad affrontare.
“L’articolo fornisce una teoria unificata sul perché questo elettrolita funziona meglio e la chiave per comprenderlo è arrivata scoprendo che all’interno di questo elettrolita si formano strutture simili a micelle, come fanno con il sapone”, ha affermato Bin Li, uno scienziato senior dell’Oak Ridge National. Laboratorio che ha lavorato allo studio mentre si trovava all’Idaho National Laboratory.
“Qui vediamo che il ruolo del sapone o tensioattivo è svolto dal solvente che lega sia il diluente che il sale, avvolgendosi attorno al sale a concentrazione più elevata al centro della micella.”
Comprendendo ciò, i ricercatori sono stati in grado di scomporre i rapporti e le concentrazioni necessarie per ottenere le reazioni ottimali per le batterie. Ciò dovrebbe aiutare a risolvere uno dei principali punti problematici nella progettazione di questo elettrolita, ovvero trovare il giusto equilibrio tra i tre ingredienti.
In effetti, il lavoro non solo fornisce linee guida migliori per creare elettroliti localizzati ad alta concentrazione che funzionino, ma per crearne di che funzionino in modo ancora più efficace.
I ricercatori dell’Idaho National Laboratory hanno messo in pratica la teoria. Hanno scoperto che la teoria, finora, regge e aiuta a prolungare la durata delle batterie al litio metallico.
Il team è entusiasta di vedere quali progetti per elettroliti localizzati ad alta concentrazione emergono dal loro lavoro, ma sa che restano ancora progressi significativi per superare il collo di bottiglia nella progettazione degli elettroliti per le batterie ad alta densità. In questo momento, sono divertiti dal fatto che il segreto possa essere stato in qualcosa di così banale e quotidiano come il sapone.
“Il concetto di micella può essere nuovo per l’elettrolita, ma in realtà è molto comune nella nostra vita quotidiana”, ha detto Qi. “Ora abbiamo una teoria e abbiamo delle linee guida per ottenere le interazioni che vogliamo dal sale, dal solvente e dal diluente nell’elettrolita, e a quale concentrazione devono essere e come mescolarli.”
Il lavoro è stato condotto da Corey M. Efaw presso l’Idaho National Laboratory e Qisheng Wu, un ricercatore associato presso la Brown’s School of Engineering. Altri collaboratori includevano ricercatori della Boise State University, del Brookhaven National Laboratory e dell’Università di Washington.
Il lavoro teorico alla Brown è stato finanziato dalla NASA e il lavoro sperimentale è stato finanziato dal Consorzio Battery500 del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti.
Fonte: Università Marrone
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
