Svolta nelle batterie allo stato solido: ricercatori cinesi svelano l'anodo di silicio traspirante
Un team di ricerca cinese ha sviluppato un nuovo materiale che apre la via allo sviluppo delle batterie allo stato solido basate sul silicio
Le batterie allo stato solido potrebbero rappresentare una svolta per le auto elettriche. Se ne parla oramai da tantissimo tempo con le aziende del settore e le case automobilistiche che stanno investendo molto su questa tecnologia. La Cina intende rimanere protagonista anche con l’arrivo delle batterie allo stato solido e, per tale motivo, sta intensificando i suoi sforzi nel campo di ricerca e sviluppo. E proprio dalla Cina arriva una novità molto interessante come riporta CarNewsChina. Un team di ricerca guidato dal professor Chen Wanghua della Facoltà di Scienze fisiche e tecnologia dell’Università di Ningbo, insieme a ricercatori dell’Università di tecnologia di Ningbo e dell’Istituto di tecnologia di Ningbo, ha annunciato quella che è stata definita come una svolta nei materiali per gli anodi delle batterie allo stato solido.
UNA NUOVA SOLUZIONE PER LE BATERIE ALLO STATO SOLIDO
Secondo la stampa cinese, il team ha sviluppato con successo un nuovo anodo in nanofili di silicio caratterizzato da una struttura tridimensionale “traspirante", ispirata ai meccanismi respiratori naturali. Il vantaggio di questa struttura risiederebbe nel fatto che offre una nuova promettente strada per lo sviluppo di batterie allo stato solido ad alte prestazioni con anodo in silicio. I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista internazionale Energy Storage Materials.
Le batterie allo stato solido, lo sappiamo bene, sono viste come una tecnologia che potrebbe far fare alle auto elettriche un salto avanti molto importante in termini di autonomia e tempi di ricarica. Tra i diversi materiali per l’anodo che si stanno sperimentando c’è il silicio che offre diversi vantaggi. Tuttavia, il suo utilizzo è stato limitato dalla sua tendenza di espandersi durante i cicli di carica e scarica. Questa tendenza porta a gravi sollecitazioni meccaniche e ad un rapido degrado delle prestazioni elettrochimiche.
Quando assorbe ioni di litio durante la carica, il volume del silicio si espande violentemente di oltre tre volte. Con ripetuti cicli di carica-scarica, il silicio si comporta come un palloncino che si gonfia e sgonfia costantemente, per poi collassare a causa dell’esaurimento, portando alla morte improvvisa della batteria.
Ecco cosa ha raccontato il professor Chen Wanghua. Dunque, per superare tali problematiche, il team di ricerca ha ideato una soluzione innovativa per consentire al silicio di “respirare liberamente" all’interno della struttura delle batterie allo stato solido. Nello specifico è stata sviluppata un’architettura colonnare tridimensionale (nanofili) in silicio che si integra direttamente con il collettore di corrente.
Ci siamo allontanati dalla tradizionale ‘polvere di silicio’ e abbiamo invece fatto in modo che il silicio ‘stesse’ come gli alberi in una foresta, intrecciati a formare una rete tridimensionale sul collettore di corrente. Questi nanofili presentano abbondanti vuoti tra loro, un po’ come installare innumerevoli ‘valvole di respirazione’ all’interno della batteria. Quando gli ioni di litio si riversano, i nanofili di silicio possono espandersi in questi spazi riservati senza schiacciare l’elettrolita circostante.
PRIMI RISULTATI MOLTO POSITIVI
I risultati sperimentali di laboratorio hanno dimostrato la validità di questa soluzione. Il lavoro di ricerca va comunque avanti ma quanto ideato apre una nuova strada nello sviluppo delle batterie allo stato solido basate sul silicio.
