Una batteria magnetica per tagliare i tempi della ricarica: l'idea fuori dagli schemi dell'Università di Austin

A più di dieci anni dalla comparsa sulle nostre strade delle auto elettriche la sfida sull’autonomia e i tempi di ricarica della batteria non è stata ancora vinta, nonostante numerose intuizioni, sperimentazioni e scoperte.

L’ultima arriva dall’Università di Austin, in Texas, dove alcuni ricercatori hanno ideato e costruito un nuovo tipo di elettrodo per batterie agli ioni di litio partendo da un’idea contro intuitiva: creare elettrodi più spessi utilizzando magneti per dare vita ad un allineamento unico che elude i problemi comuni associati al dimensionamento di questi componenti critici.

Il risultato è un elettrodo che potrebbe potenzialmente raddoppiare la quantità di kW assorbiti dalla batteria con una singola carica, rispetto a una batteria che utilizza un elettrodo standard. "I materiali bidimensionali sono comunemente ritenuti candidati promettenti per applicazioni di accumulo di energia ad alta velocità perché devono essere spessi solo diversi nanometri per un rapido trasporto di carica", ha affermato Guihua Yu, professore presso il Dipartimento di ingegneria meccanica e Texas di Walker di UT Austin Istituto dei materiali. "Tuttavia, per le batterie ad alta energia di nuova generazione basate sul design a elettrodi spessi, il riposizionamento dei nanosheet come elementi costitutivi può causare colli di bottiglia significativi nel trasporto della carica, portando a difficoltà nel raggiungere sia l'energia elevata che la ricarica rapida". La chiave della scoperta, pubblicata negli Atti della National Academy of Sciences, utilizza materiali bidimensionali sottili come elementi costitutivi dell'elettrodo impilandoli per creare spessore, ed è questo l’aspetto contro intuitivo che rende straordinaria l’idea del team universitario. Se gli elettrodi devono essere sottili, per evitare che gli elettroni “percorrano” troppa strada, come può una batteria con catodo e anodo più spessi dello standard ottenere risultati migliori? Grazie all’orientamento verticale ottenuto dal campo magnetico che unisce i vari strati e che crea una corsia preferenziale per il passaggio degli ioni attraverso l'elettrodo, cosa che non può avvenire invece nelle batterie classiche,dove l’allineamento orizzontale degli strati di materiale costringe gli ioni a muoversi avanti e indietro.

"Il nostro elettrodo mostra prestazioni elettrochimiche superiori in parte dovute all'elevata resistenza meccanica, all'elevata conduttività elettrica e al trasporto facilitato degli ioni di litio grazie all'architettura unica che abbiamo progettato", ha affermato Zhengyu Ju, uno dei co-autori del progetto. I test a cui è stato sottoposto l’elettrodo universitario hanno evidenziato una velocità di ricarica fino al 50% in soli 30 minuti, contro le 2 ore e mezza del corrispettivo elettrodo sottile e ad allineamento orizzontale.

I ricercatori hanno sottolineato che sono all'inizio del loro lavoro in questo settore e che sono necessari altri numerosi test che prendano in considerazione diversi tipi di batterie al fine di verificare se l’utilizzo di elettrodi spessi organizzati verticalmente dia sempre risultati migliori rispetto a quelli ottenibili attualmente.

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