Innovazione tecnologica: la batteria ispirata al melograno
Viene dal team di ricercatori dell'università di Stanford e del Department of Energy's SLAC National Accelerator Laboratory, la nuova frontiera delle batterie al litio, nello specifico una pila ispirata al melograno.
L'invenzione costata anni di ricerche, si propone l'obiettivo di risolvere molti dei più comuni e spinosi problemi degli odierni accumulatori: la durata, la resistenza, la capacità di raccogliere energia.
Per capire bene in cosa consiste il ritrovato dell'università di Stanford, bisogna partire da alcuni presupposti. Nelle classiche batterie l'anodo, o elettrodo negativo, preposto ad immagazzinare energia nella fase di ricarica, è costituito da grafite. La sua capacità di stoccaggio e di vita è limitata, con tutti i disagi del caso. Pensiamo, ad esempio, alle batterie dei cellulari che dopo un breve tot di tempo necessitano di essere sostituite.
A fronte di questo, gli studiosi hanno tratto "ispirazione" dalla natura per creare la loro batteria. Ovvero, hanno progettato un elettrodo negativo composto da nanoparticelle di silicio racchiuse in un guscio di carbonio e raggruppate proprio come i semi del melograno, anch'essi separati da strati di carbonio. Sono proprio questi ultimi a fungere da conduttore elettrico.
Durante la fase di ricarica le nanoparticelle di silicio si gonfiano e riempiono completamente il loro "guscio". Nessuno spazio, quindi, è sprecato e sono tutti utilizzati. La resa di queste batterie è notevole. I primi esperimenti hanno dimostrato un'efficienza del loro anodo pari al 97% anche dopo ben 1.000 cicli di ricarica. Ciò significa un ciclo di vita pari a tre anni, supponendo di effettuare una carica al giorno. Tale caratteristica risulta fondamentale per rendere il prodotto commerciabile.
Un altro aspetto importante dell'invenzione statunitense è la capacità degli elettrodi in silicio di memorizzare una carica dieci volte superiore rispetto ai tradizionali elettrodi in grafite. Lo svantaggio dei primi, tuttavia, risiede nella loro estrema fragilità. Durante la ricarica, infatti, il silicio è soggetto a deformazione o addirittura a degradazione.
(Nanoparticelle di silicio disposte in grappoli, contenute in gusci di carbonio)
I ricercatori sono però riusciti a risolvere efficacemente il problema, avvalendosi delle nanoparticelle, troppo piccole per subire processi di corrosione e rompersi nel corso della ricarica.
La batteria ispirata al melograno non è, tuttavia, ancora pronta per essere messa in circolazione su vasta scala e venduta nei mercati nazionali e internazionali. Il team di Stanford deve ancora dirimere due questioni. Ossia:
- rendere meno complesso il processo industriale relativo alla produzione della pila;
- trovare una fonte economica da cui prelevare le particelle di silicio.
Per quanto riguarda quest'ultimo aspetto, un'idea sarebbe quella di avvalersi della buccia di riso. Essa contiene il 20% di diossido di silicio, non è una merce destinata all'alimentazione ed è prodotta in elevate quantità (milioni di tonnellate). In aggiunta, tali gusci potrebbero essere trasformati in nano particelle in maniera relativamente semplice.
(Disegno semplificativo delle nanoparticelle di silicio raggruppate come i semi del melograno)
Secondo le dichiarazioni rilasciate da Yi Cui, professore associato all'Università di Stanford e alla SLAC, a capo della ricerca, le batterie con gli anodi di silicio saranno più leggere, potenti e adeguate per essere utilizzate in telefonini, tablet e addirittura auto elettriche.
La ricerca è stata finanziata dal DOE Office of Energy Efficiency and Renewable Energy. Un ufficio dedicato allo sviluppo e alla ricerca nel settore delle energie pulite.
Lo SLAC, invece, consiste in un laboratorio multi-programma dedicato allo studio scientifico dei fotoni, dell'astrofisica e della fisica delle particelle. Con sede a Menlo Park, in California, è gestito dalla Stanford University.
La speranza di Yi Cui e dei suoi collaboratori è quella di poter continuare a ricevere il sostegno economico necessario a proseguire lo studio della batteria e di arrivare, un giorno, a poterla produrre su scala mondiale. Se ciò avvenisse, si compirebbe un ennesimo passo avanti nell'ambito dell'efficienza energetica.
Fonti
SLAC
Rinnovabili.it
La Stampa
Tom's Hardware
Foto
SLAC
