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Batterie litio-ione con anodi di silicio grazie alle gabbiette di grafene

Un gruppo di scienziati della Stanford University e del Dipartimento dell'Energia dello SLAC National Accelerator Laboratory statunitense, ha sviluppato un metodo che rende possibile la realizzazione di batterie litio-ione con
anodi di silicio. Questo tipo di anodo in grado di conservare una quantit di energia per carica 10 volte superiore rispetto agli anodi esistenti in commercio, e consentire di conseguenza la realizzazione di batterie ad alte prestazioni pi piccole e pi leggere. Durante la carica le particelle di silicio si gonfiano tre volte tanto rispetto alla loro dimensione originale fino a quando non si incrinano e si frantumano. Le particelle reagiscono inoltre con l'elettrolita della batteria e formano una pellicola che compromette le loro prestazioni. Per mitigare questo genere di problema i ricercatori hanno avvolto ciascuna particella di silicio in una sorta di "gabbietta" di grafene. La gabbietta di dimensioni sufficientemente ampie da consentire alle particelle di silicio di espandersi durante la carica, ma abbastanza piccole da mantenere insieme tutti i pezzi quando le particelle tendono a infrangersi, cos che possano continuare ad operare al massimo delle loro prestazioni. Le gabbiette possono inoltre interrompere le reazioni chimiche distruttive con l'elettrolita. "Questo nuovo metodo ci permette di usare particelle di silicio molto pi grandi, da uno a tre micron di diametro, che sono economiche e ampiamente disponibili. Di fatto le particelle che abbiamo usato sono molto simile allo scarto creato dalla levigatura dei lingotti di silicio usati per la realizzazione di chip. Le particelle di queste dimensioni non hanno mai mostrato un buon comportamento negli anodi delle batterie prima d'ora, quindi questo un risultato molto entusiasmante, e pensiamo possa offrire una soluzione pratica" ha spiegato Yi Cui, professore associato presso Stanford e che ha coordinato la ricerca. Per realizzare le gabbiette di grafene della giusta dimensione, i ricercatori hanno ricoperto le particelle di silicio con nickel e quindi fatto crescere strati di grafene sul nickel che agisce da catalizzatore per promuovere la crescita del grafene. Come ultimo passo hanno rimosso il nickel tramite un bagno acido, lasciando lo spazio sufficiente nella gabbia di grafene perch la particella di silicio possa espandersi. Il prossimo passo della ricerca riuscire a ottimizzare il processo e realizzare particelle di silicio "ingabbiate" in sufficienti quantit da poter costruire batterie di test per verificare una loro possibile commercializzazione.

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