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Nanoparticelle porose al silicio per le batterie del futuro

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I ricercatori dell'istituto USC hanno di recente sviluppato una nuova tecnologia per batteria agli ioni di litio che fa uso di nanoparticelle al silicio poroso al posto dei tradizionali anodi in grafite per fornire prestazioni enormemente superiori: una tecnologia ancora da perfezionare ma dall'elevato potenziale; scopriamo insieme di cosa si tratta.

Economiche ma performanti, queste nuove batterie, che potrebbero essere in un futuro prossimo utilizzato in qualunque tipologia di dispositivo (a partire dagli smartphone fino alle auto ibride) offrono una capacità di carica e di archiviazione dell'energia fino a tre volte superiori rispetto alle tradizionali batterie al litio e sono ricaricabili in soli dieci minuti.

Il progetto alla base di questa tecnologia è in fase di patent panding e potrebbe essere commercialmente disponibile già a partire da due o tre anni.

E' una ricerca interessante che apre le porte per il design delle batterie agli ioni di litio di prossima generazione: questo il pensiero del Professor Zhou della Scuola di Ingegneria della USC Viterbi School che ha capitanato il team che ha sviluppato questa batteria e sovvenzionato il progetto.

I ricercatori hanno a lungo utilizzato il silicio, materiale relativamente economico e con l'elevata capacità di potenziale, come anodi nelle batterie, tuttavia il problema risiedeva nel design dei precedenti anodi in silicio: questi, costituiti essenzialmente da sottili lamelle, si distruggevano a seguito di alcuni cicli di carica e scarica fino a diventare del tutto inutili.

Lo scorso anno, il team di Zhou ha sperimentato al posto del silicio dei nanotubi in silicio poroso dal diametro inferiore i 100 nanometri e dalla lunghezza di pochi micron. Questa struttura porosa a nido d'ape ha permesso al silicio di espandersi e contrarsi senza rompersi incrementando al contempo la superficie a contatto: la conseguenza è una più rapida diffusione degli ioni di litio verso l'interno e l'esterno della batteria, migliorandone le prestazioni.

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Sebbene il comportamento di questa tipologia di batterie è da subito sembrato ottimo, i nanotubi risultano difficili da produrre in massa. Per risolvere questo problema, il team di Zhou ha considerato le nanoparticelle oggi disponibili sul mercato, delle piccole sfere in silicio, trattate con dell'acido in modo da renderle porose come i nanotubi. Queste particelle hanno funzionamento analogo e possono essere prodotte in qualunque quantità desiderata.

Ancora un problema da risolvere, non indifferente: la longevità. Le batterie a nanoparticelle in silicio durano fino a solo 200 cicli di ricarica (meno della metà rispetto ai 500 cicli assicurati dal design a grafite). Ben 2000 invece i cicli di ricarica del precedente prototipo a nanotubi (che continua ad essere di difficile realizzazione).

Zhou sostiene che la strada verso interessanti sviluppi futuri è stata ormai spianata, e le prossime ricerche che il gruppo condurrà si focalizzeranno su un nuovo materiale per il catodo con un'elevata capacità che dovrà essere un ottimo alleato dei nanotubi porosi in silicio o con le nanoparticelle porose in silicio in modo da creare un design per le batterie completamente riprogettato.

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