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Nanomateriali e nanotecnologie per batterie a ricarica istantanea

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Nanomateriali e nanotecnologie per batterie a ricarica istantanea FASTWEB S.p.A.
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Ricercatori statunitensi hanno realizzato degli elettrodi sperimentali impiegando l'Mxene, un nanomateriale superconduttore

Fino a quando non si troveranno valide alternative al litio che consentano di aumentare la durata della batteria, la ricarica veloce appare come l'unica soluzione-ponte realmente percorribile per evitare di ritrovarsi con lo smartphone scarico già a metà giornata. Non è un caso, dunque, che i vari produttori di chip e di smartphone siano impegnati a perfezionare le tecnologie già esistenti – come la Quick Charge di Qualcomm o la Dash Charge di OnePlus – per ottenere performance sempre più elevate.

Grazie a questa continua "ricerca della perfezione", oggi è possibile ricaricare circa il 50% della batteria in poco meno di 30 minuti, mentre le ricariche complete richiedono poco più del doppio (solitamente, un totale di 75 minuti). Una tendenza che non lascia indifferente nessuno, Apple inclusa: anche gli ultimi nati nella casa della mela morsicata – gli iPhone 8 e 8 Plus e l'iPhone X – sono dotati di ricarica veloce (e wireless) in grado di migliorare la durata della batteria con ricariche di poche decine di minuti.

Non mancano, poi, istituti di ricerca – sia pubblici sia privati – che sperimentano nuove tecniche per garantire tecnologie di ricarica veloce sempre più efficienti. Un esempio è quello dei ricercatori della Drexel University di Philadelphia che, utilizzando un nanomateriale superconduttore che permetterebbe di ricaricare le batterie in pochissimi secondi. Il "trucco" sta nell'evitare che gli elettroni incontrino degli ostacoli nel loro "percorso" tra la fonte energetica e il sistema di accumulo presente nella batteria.

Strada libera agli ioni

Il concetto alla base della nuova scoperta è spiegato dalla ricercatrice Maria Lukatskaya. "Nelle batterie tradizionali e nei supercondensatori, gli ioni carichi elettricamente devono seguire un percorso lungo e tortuoso prima di arrivare a destinazione. Ciò non rallenta solamente il processo di ricarica della batteria, ma fa sì che ben poche particelle elettriche riescano a raggiungere il materiale che ha il compito di accumulare la carica. L'architettura ideale di un elettrodo, invece, dovrebbe somigliare a un'autostrada a più corsie, dove gli ioni possano muoversi liberamente e parallelamente, raggiungendo così velocemente le stazioni di carica".

 

Rendering dell'elettrodo all'Mxene

 

Elettrodo gelatinoso

Gli elettrodi sono componenti chiave all'interno della batteria: permettono alla corrente elettrica di entrare all'interno della struttura della batteria e raggiungere i cosiddetti "siti di ossidoriduzione", dove le cariche elettriche sono accumulate prima di essere "rilasciate" a richiesta del dispositivo utilizzato. Non ci vuole poi molto a comprendere che l'elettrodo ideale deve essere progettato in modo da garantire un flusso di elettroni il più ampio e veloce possibile. Per raggiungere questo obiettivo, gli scienziati della Drexeler University hanno realizzato degli elettrodi idrogel utilizzando il nanomateriale Mxene.

Che cos'è l'Mxene

Nelle scienze dei materiali, l'Mxene è un materiale composito formato da metalli di transizione come i carburi e nitruro caratterizzato da elevata conduttività elettrica e spesso pochissimi atomi. Ciò lo rende ideale per realizzare degli elettrodi che garantiscano un afflusso più veloce di elettroni all'interno di una batteria o di un supercondensatore.

Questione di porosità

La sola velocità, come detto, è un elemento necessario ma non sufficiente a garantire delle batterie a ricarica veloce in grado di caricarsi nell'arco di pochissimi secondi. È necessario, inoltre, che gli elettroni possano scorrere "parallelamente", così da raggiungere i già citati siti di ossidoriduzione. Affinché ciò fosse possibile, l'Mxene è stato ulteriormente modificato, così da renderlo maggiormente poroso. Quest'ultima operazione ha consentito di aumentare il numero di porte (chiamate gate in gergo tecnico) attraverso le quali gli elettrodi possono far transitare il flusso di corrente elettrica per la ricarica.

 

Battery pack per auto elettrica

 

Possibili applicazioni delle batterie all'Mxene

La scoperta dell'università statunitense, una volta che sarà perfezionata e testata su larga scala, potrà avere applicazioni nei settori più disparati. Potrebbe permettere, ad esempio, di avere smartphone (e altri dispositivi di comunicazione mobile) sempre carichi e pronti per l'uso. Più verosimilmente, però, le batterie all'Mxene potranno trovare applicazione nel settore automotive, permettendo così di realizzare di battery pack per auto o camion elettrici in grado di ricaricarsi istantaneamente o quasi.

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TAGS: #batteria #ricarica veloce #nanotecnologie

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