Batterie agli ioni di litio migliori grazie ai campi magnetici

Le attivit di ricerca dedicate a nuove tecnologie di batteria non smettono mai di individuare approcci promettenti per la realizzazione di accumulatori di carica dalle migliori prestazioni complessive. Sull'ultima edizione di

Nature Energy stata pubblicata la ricerca di un gruppo di scienziati del MIT che dimostra come l'impiego di un apposito campo magnetico nella fase di produzione di una batteria litio-ione permette di ottenere un incremento delle prestazioni grazie ad un allineamento dei fiocchi di grafite negli elettrodi che promuovono uno spostamento pi efficiente dei portatori di carica all'interno della batteria.

Gli elettrodi delle batterie litio-ione sono spesso realizzati impiegando grafite, un materiale che bilancia attributi come l'elevata densit di energia con la non-tossicit, la sicurezza e i costi bassi. La grafite, una successione di fogli di atomi di carbonio impilati, si trova spesso in questi elettrodi sotto forma di particelle simili a fiocchi.

Il rovescio della medaglia pero rappresentato dal fatto che la grafite limita il movimento degli ioni di litio, caratteristica fondamentale nelle fasi di carica e scarica. In particolare gli ioni di litio sono capaci di muoversi all'interno dei piani tra i fogli di carbonio e spesso si trovano a percorrere tragitti particolarmente tortuosi duranti le fasi di carica e scarica. Il miglioramento di questo aspetto porta al miglioramento delle prestazioni complessive della batteria.

I ricercatori hanno quindi avuto l'idea di allineare opportunamente i fiocchi di grafite cos da poter architettare un percorso pi lineare per gli ioni, usando i campi magnetici. Prima di procedere, per, stato necessario aggirare un problema: la grafite, infatti, inerte ai campi magnetici. Problema in realt risolvibile con relativa facilit, impiegando una copertura di nanoparticelle di ossido di ferro superparamagnetico sui fiocchi di grafite. I fiocchi ricoperti sono stati sospesi in etanolo.

Durante la costruzione degli elettrodi, le particelle di grafite sono state orientate usando un campo magnetico rotante allineato perpendicolarmente al collettore di corrente, la parte di batteria dove avviene lo scambio di cariche con la grafite. Per allineare i fiocchi stato necessario impiegare un campo magnetico di 100mT: a titolo di riferimento basti pensare che i macchinari per la risonanza magnetica utilizzano magneti da 1,5T. I ricercatori hanno infine realizzato degli elettrodi di controllo in maniera tradizionale, come riferimento e confronto.

I ricercatori hanno quindi valutato l'allineamento dei fiocchi di grafite in entrambe le situazioni: l'analisi visuale mostra un chiaro orientamento dei fiocchi degli elettrodi realizzati con l'interazione del campo magnetico, i quali sono apparsi inclinati ad un angolo di 60 rispetto al piano del collettore di corrente. Negli elettrodi realizzati con metodo tradizionali i fiocchi sono stati per lo pi paralleli al collettore di corrente.

Gli esperimenti condotti per valutare il cambiamento nel percorso compiuto dagli ioni di litio hanno mostrato che l'influenza del campo magnetico riduce la tortuosit dei percorsi di un fattore 4 rispetto agli elettrodi di confronto. Questo aspetto permette di incrementare la capacit di stoccaggio del litio nell'elettrodo di un fattore compreso tra 1,6 e 3.


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