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Una batteria agli ioni di litio quasi indistruttibile

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Una batteria agli ioni di litio quasi indistruttibile FASTWEB S.p.A.
batteria al litio indistruttibile
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Alcuni scienziati hanno realizzato un nuovo tipo di batteria che può essere tagliato, piegato, buttato nell'acqua o nel fuoco e continuare a funzionare bene

Le batterie agli ioni di litio hanno plasmato il mondo moderno. Queste custodie elettriche sono al centro della maggior parte delle componenti elettroniche ricaricabili, dai telefoni cellulari e laptop ai vaporizzatori e alle auto elettriche . Ma sebbene siano ottime a mantenere la carica e hanno un'alta densità di energia, le batterie agli ioni di litio non sono prive di problemi. La loro dipendenza da materiali tossici e infiammabili significa che il più piccolo difetto può provocare l'esplosione dei dispositivi.

Un team di ricercatori guidato da fisici presso il Johns Hopkins Applied Physics Laboratory credeva fosse possibile una batteria più sicura e negli ultimi cinque anni hanno sviluppato una batteria agli ioni di litio che sembra essere immune alla distruzione. La robusta batteria che hanno presentato per la prima volta nel 2017, lavorando con ricercatori dell'Università del Maryland, può essere tagliata, sparata, piegata e bagnata senza interruzioni di corrente. Alla fine dell'anno scorso, il team Johns Hopkins l'ha migliorata ulteriormente, rendendola ignifuga e aumentando le sue tensioni a livelli comparabili con un prodotto commerciale.

Il segreto per produrre una batteria indistruttibile sta nell'elettrolita, il gulasch chimico che separa le estremità positive e negative di una batteria, afferma Konstantinos Gerasopoulos, uno scienziato senior dell'APL che sta conducendo la ricerca. Quando si utilizza una batteria agli ioni di litio, le particelle di litio cariche viaggiano attraverso una barriera nell'elettrolita dall'anodo (l'estremità negativa) al catodo (l'estremità positiva), dove subiscono una reazione chimica che produce energia. La maggior parte degli elettroliti agli ioni di litio sono un mix di sali di litio infiammabili e liquidi tossici, il che significa che "nell'odierna chimica agli ioni di litio abbiamo una ricetta per il disastro", afferma Jeff Maranchi, responsabile del programma di scienza dei materiali di APL. Se la barriera permeabile che separa il catodo dall'anodo si sgretola, crea un cortocircuito e un sacco di calore. Quando tutto questo calore colpisce un materiale altamente infiammabile come l'elettrolita agli ioni di litio accanto al catodo ricco di ossigeno nella batteria, rischiamo che il dispositivo ci esploda tra le mani.

Le batterie acquose evitano tutti questi problemi, con elettroliti a base d'acqua e quindi non infiammabili e non tossici. Sono in giro da 25 anni ma sono troppo deboli per essere utili. Ciò che il team APL ha capito è che aumentando la concentrazione di sali di litio e mescolando l'elettrolita con un polimero - un materiale simile a una plastica molto morbida - potrebbero aumentare il potenziale elettrico da circa 1,2 volt a 4 volt, che è paragonabile a quello commerciale batterie agli ioni di litio.

Quando Gerasopoulos e i suoi colleghi hanno attaccato un anodo e un catodo disponibili in commercio a questo elettrolita di plastica, hanno realizzato una batteria agli ioni di litio diversa da qualsiasi cosa si sia mai vista. È chiara e flessibile come una lente a contatto, non tossica e non infiammabile, e può essere prodotta e utilizzata all'aperto senza custodia. Inoltre, può resistere praticamente a qualsiasi tipo di abuso.

Durante i test, il team APL ha immerso il dispositivo in acqua salata, lo ha tagliato con le forbici, ha usato un cannone ad aria per simulare un impatto con un proiettile e lo ha incendiato. Durante ogni test, la batteria ha continuato a pompare elettricità. Dopo una prova a fuoco, la parte carbonizzata è stata tagliata e ha continuato a funzionare normalmente per 100 ore. La nuova batteria a base d'acqua non è solo una curiosità da laboratorio, afferma Maranchi. Il team APL è già in trattative con alcuni produttori, che secondo loro potrebbero integrare la nuova chimica e il fattore di forma negli impianti di produzione di ioni di litio esistenti senza troppe difficoltà. Potrebbe arrivare sul mercato entro due anni e andare dove nessuna batteria è mai andata prima.

Data la sua natura flessibile, potrebbe essere incorporato nell'elettronica indossabile, anche eventualmente integrato direttamente nelle fibre dell'abbigliamento. La sua robustezza suggerisce anche nuovi usi in una miriade di applicazioni militari e scientifiche, come veicoli subacquei autonomi, droni e satelliti.

Ci sono ancora alcuni ostacoli tecnici da superare, come l'aumento del numero di cicli di ricarica che una batteria acquosa può gestire. Una tipica batteria per smartphone può essere ricaricata ben oltre 1.000 volte, ma questa batteria APL inizia a perdere efficienza dopo soli 100 cicli. La messa a punto della chimica degli elettroliti dovrebbe fornire una soluzione, afferma Gerasopoulos.

17 gennaio 2020

Fonte: wired.com

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