LE BATTERIE INDOSSABILI

 Didattica
Mar 022013
 

batterie_elastiche

La scienza continua a compiere passi avanti nella miniaturizzazione e nella realizzazione di nuovi materiali da utilizzare nella quotidianità. Questa volta siamo negli Stati Uniti ed esattamente alle Northwestern University e University of Illinois. Qui si stanno sperimentando nuovi materiali in grado di consentire la creazione di batterie a ioni di litio “elastiche”, ossia estensibili in ogni direzione senza per questo perdere le proprie peculiarità di accumulatore e generatore di elettricità. Attraverso delle interconnessioni ondulate a serpentina e attraverso l’uso di elementi che permetterebbero ai fili metallici di allungarsi, piegarsi e torcerai senza modificare il funzionamento della batteria e mantenendo perfettamente il controllo dell’elettrolito.

batteria_flessibile--330x185Questo apre nuove prospettive nel campo delle batterie. Questo tipo di batterie possono essere esterne fino a 300 volte la propria dimensione iniziale e saranno capaci di mantenere la carica fino a otto, nove ore. Ma i vantaggi non finiscono qui: infatti, queste batterie possono essere ricaricate in wireless e la cosa più interessante applicate, data la loro estensibilità, a tessuti o dispositivi indossabili.

Vedremo quali saranno le applicazioni future di questa innovazione e quali gli sviluppi di questa tecnologia che già in queste fasi iniziali si dimostra molto promettente.

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IL FUTURO E’ NELL’ARIA

 Didattica
Ago 062012
 

Il problema si sa che per le auto elettriche, le uniche a emissioni zero, è quello della durata delle batterie. Infatti, la scarsa autonomia raggiunta da questo tipo di autoveicolo rappresenta di fatto il vero è proprio collo di bottiglia alla loro capillare diffusione, più del problema delle torrette di ricarica. Uno studio recentissimo, pubblicato dalla rivista Nature Chemistry, fa ben sperare per il prossimo e imminente futuro. Infatti, un gruppo di ricercatori internazionali, coordinati dall’università La Sapienza di Roma, è giunta ad un incredibile risultato sperimentando un nuovo tipo di batteria che utilizza il litio, metallo leggero con l’ossigeno, gas presente in natura in quantità pressoché infinite. Lo studio di una batteria litio-aria, non è nuovo, da tempo infatti, diversi centri di ricerca e studiosi mondiali hanno tentato di trovare la chiave di volta per le batterie del futuro. Il problema che fino ad oggi ha impedito il loro sviluppo era la reversibilità, ossia la possibilità di ricaricarle un numero di volte sufficiente. Il gruppo di studiosi, guidati dai professori Bruno Scrosati e Jusef Hassoun del dipartimento di chimica de La Sapienza, in collaborazione con la Hanyang University di Seoul in Corea, pare sia riuscito a superare questo problema e a trovare una configurazione innovativa della batteria che consentirebbe, ad oggi, un operazione di reversibilità per oltre 100 cicli di ricarica. Il vantaggio della combinazione litio-ossigeno è evidente, sia dal punto di vista ambientale che tecnico. Infatti, consentirebbe un allungamento notevole della durata delle batterie che dovrebbero alimentare le auto del futuro.

Il professor Bruno Scrosati, intervistato, ha spiegato le motivazioni che fanno gridare al miracolo per questa scoperta: “L’innovazione, risiede nella scelta di un materiale elettrolitico che ne consente la ciclazione prolungata e nella morfologia dell’elettrodo positivo che regola il flusso diffusivo dell’ossigeno nella cella”.

Confronto tra batterie a ioni di litio e le nuove litio-ossigeno

Uno dei grossi problemi manifestati da questo tipo di batterie, finora era stato l’alto grado di instabilità dal punto di vista chimico. Durante il funzionamento, infatti, si manifestavano delle reazioni collaterali a danno dell’elettrolita che di fatto ne riducevano di parecchio la durata durante i cicli di carico-scarico. Ricercatori britannici, guidati da Zhangquan Peng, sono riusciti a risolvere questo problema utilizzando come elettrolita, un liquido costituito essenzialmente da ioni. Inoltre, hanno ottimizzato anche il modo in cui l’ossigeno entra nella batteria e si combina con il litio utilizzando un elettrodo d’oro con microscopici nanopori al posto del tradizionale elettrodo poroso in carbonio.

La batteria litio-aria rappresenta un enorme passo in avanti nella risoluzione dei problemi energetici che attanagliano il nostro pianeta e apre scenari nuovi a sviluppi e prodotti. Essa rappresenta una grande evoluzione rispetto alle normali batterie litio-ione sia dal punto di vista prestazionale che dal punto di vista ambientale.

LA BATTERIA DEFINITIVA PER GLI SMARTPHONE

 Didattica
Nov 152011
 

Una nuova tecnologia sviluppata presso la facoltà di ingegneria della Northwestern University, pare possa rivoluzionare il mondo degli smartphone come noi li conosciamo. Infatti, gli ingegneri hanno trovato il modo per rendere molto più efficienti le attuali batterie agli ioni di litio utilizzate per far funzionare i nostri attuali telefonini. Questi, hanno lavorato su uno degli elettrodi della batteria, l’anodo (elettrodo sul quale avviene una reazione di ossidazione), riuscendo a garantire una durata superiore di circa dieci volte rispetto alle attuali batterie e ad abbattere i tempi di ricarica della stessa quantità. Questo ha consentito loro di aumentare la longevità delle batterie fino a 5 volte. In pratica una ricarica basterà per una settimana di lavoro e in pochi minuti la batteria sarà ricaricata e nuovamente pronta all’uso.

Una batteria agli ioni di litio viene caricata dagli elettroni che si muovono all’interno dell’elettrolito verso l’anodo. Più ioni di litio è possibile stoccare in ogni anodo, maggiore sarà la densità energetica della batteria, ossia la sua durata. Ad esempio, oggi le attuali batterie utilizzano un anodo composto da grafene che permette di immagazzinare un atomo di litio per sei atomi di carbonio. Utilizzando silicio al posto del carbonio si è aumentata questa densità, stoccando 4 atomi di litio per ogni atomo di silicio. Purtroppo, però, durante questo processo di ricarica la struttura del silicio si frattura per cui si ha una perdita progressiva di carica.

Il capo di questo promettente progetto è il professor Harold H. Kung, e i suoi studi hanno dato risultati entusiasmanti. In pratica, si è operato creando fori di dimensioni comprese tra 10 e 20 manometri, nei fogli di grafene, per velocizzare il processo di carica fino a 10 volte. Ottimizzato questo elemento, si lavorerà sul catodo e sull’elettrolito in modo da evitare che questo possa esplodere in caso di surriscaldamento.

C’è ancora molto da fare, ma i risultati dicono che siamo sulla buona strada. Non ci resta che stare a guardare e aspettare i risultati di questo lavoro.

BATTERIE al gel polimerico

 Energia
Set 152011
 

Prototipo di batteria al gel polimerico

Gli studiosi dell’università di LEEDS in Inghilterra stanno lavorando ad un nuovo progetto di batteria che risolva i problemi delle attuali. La tecnica utilizzata dai ricercatori consiste nel sostituire la soluzione elettrolita con un gel di polimeri.

Il surriscaldamento è sempre stato il principale problema anche per le batterie delle auto elettriche. Gli sviluppatori, fino ad oggi, hanno dovuto utilizzare rivestimenti di acciaio e alloggiamenti a scomparti per evitare che la batteria durante la ricarica potesse esplodere per surriscaldamento. Questo ha inciso notevolmente sul loro peso e dimensione, creando non pochi problemi per i costruttori di laptop e per la riduzione delle loro dimensioni e costi.

La sicurezza è di fondamentale importanza nelle batterie al litio. Ci ricordiamo che Dell fu costretta a ritirarne 4000 per paura che potessero esplodere nei loro computer durante il normale utilizzo. Quelle convenzionali utilizzano elettroliti basati su liquidi organici ed è per questo che possono surriscaldarsi e in alcuni casi prendere fuoco. La sostituzione degli elettroliti liquidi con un polimero elettrolita o gel ne migliora la sicurezza perché la gelatina sostituisce l’elettrolita liquido, volatile e pericoloso, attualmente in uso nella maggior parte delle batterie al litio. Le batterie di nuova concezione non scaldano e quindi non possono prendere fuoco durante la fase di ricarica. Il gel forma una pellicola sottile e flessibile che si trova tra gli elettrodi.

Molti sono interessati alle batterie a gel polimerico, produttori si cellulari, di laptop e di elettronica di consumo in generale perché non richiedono, tra l’altro, l’esaurimento completo della carica per poter essere ricaricate, rendendo questa operazione fattibile in ogni momento ed evitando il problema della cristallizzazione tipica delle batterie al nickel.

Inoltre, cosa che non guasta le nuove batterie costerebbero già da oggi il 10-20% in meno delle attuali.

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