Batterie al litio che durano di più grazie al polimero che “guarisce” gli elettrodi

Arriva dai ricercatori della Stanford University la possibilità di creare una batteria con elettrodi che si autoriparano. Se l’invenzione dovesse entrare in commercio cambierebbe l’efficienza delle batterie agli ioni di litio per auto elettriche, telefoni cellulari e altri dispositivi. Il segreto della ricerca è un polimero che ricopre l’ elettrodo e risolve spontaneamente piccole crepe che si sviluppano durante il funzionamento delle batterie, hanno spiegato i ricercatori. La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Nature Chemistry.

Crediti: Brad Plummer/SLAC

“L’autoguarigione è molto importante per la sopravvivenza e la lunga durata della vita negli animali e nelle piante”, ha detto Wang Chao, un ricercatore post-dottorato presso la Stanford University e uno dei due principali autori del documento. “Vogliamo integrare questa funzione nelle batterie agli ioni di litio in modo che avranno una vita altrettanto lunga.”

Chao ha sviluppato il polimero dell’auto-guarigione nel laboratorio di Stanford del professor Zhenan Bao , il cui gruppo ha lavorato sulla pelle elettronica flessibile per l’uso nei robot , su sensori, protesi e altre applicazioni . Per il progetto della batteria , ha aggiunto minuscole nanoparticelle di carbonio al polimero per condurre elettricità.

“Abbiamo scoperto che gli elettrodi di silicio durano 10 volte più a lungo quando rivestiti con il polimero dell’ auto-guarigione, che ripara eventuali crepe nel giro di poche ore “, ha dichiarato Bao .

“La loro capacità di immagazzinare energia è nel range di un numero di  ore, ma ci piacerebbe certamente che aumentasse,” ha detto Yi Cui , professore associato della Stanford che ha guidato la ricerca con Bao . Gli elettrodi hanno lavorato per circa 100 cicli di carica-scarica , senza perdere significativamente la loro capacità di immagazzinare l’energia. “Siamo ancora piuttosto lontani dalla meta di circa 500 cicli per i telefoni cellulari e 3.000 cicli per un veicolo elettrico ” ha dichiarato Cui , “ma la promessa è lì  e da tutti i nostri dati sembra che funzioni.”

I ricercatori in tutto il mondo fanno a gara per trovare il modo di immagazzinare più energia negli elettrodi negativi delle batterie agli ioni di litio per ottenere prestazioni più elevate, riducendo il peso. Uno dei materiali  più promettenti per questo scopo è il silicio.

Ma questa capacità elevata del materiale ha un prezzo: gli elettrodi di silicio si gonfiano fino a tre volte la dimensione normale e si restringono di nuovo ogni volta che la batteria si carica e si scarica, e nel materiale si creano crepe degradando la batteria. Questo è un problema per tutti gli elettrodi di batterie ad alta capacità, ha detto Hui Wu, ex postdoc di Stanford.