Elettronica_Oggi_444

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POWER BATTERIE
38 - ELETTRONICA OGGI 444 - APRILE 2015
Batterie in evoluzione
Numerose ricerche sono attualmente orientate al
miglioramento dell’efficienza e della stabilità degli
elettrodi nelle batterie agli ioni di litio perché così
se ne può prolungare sensibilmente la durata di vita. In pra-
tica, le celle agli ioni di litio hanno generalmente l’anodo in
grafite e il catodo di ossido metallico che il più delle volte è
l’ossido di cobalto. Durante la scarica della cella, gli ioni di
litio vanno dall’anodo al catodo mentre gli elettroni escono
per percorrere il circuito da alimentare e poi tornano al
catodo dove si rincontrano con gli ioni di litio. Per contro,
quando la cella è in carica succede esattamente il contra-
rio. Affinché la batteria possa funzionare efficacemente per
molto tempo, occorre che gli ioni di litio possano entrare
e uscire facilmente dagli elettrodi senza logorarli e che la
forma, le dimensioni e la composizione chimica di questi
siano efficaci e non cambino quanto più a lungo possibile.
Inoltre, di litio non ce n’è tantissimo nel pianeta ed è perciò
che si sperimentano alternative per il materiale attivo come
ad esempio il sodio che è più abbondante ed economico.
Oggi, tuttavia, la maggior parte delle ricerche mira a spe-
rimentare nuovi materiali in grado di sostituire la grafite e
l’ossido di cobalto per migliorare l’efficienza degli anodi e
dei catodi soprattutto in termini di densità di energia ma
anche per prolungarne la vita.
Anodi di antimonio
Un’equipe composta da ricercatori svizzeri dell
Politecnico Federale di Zurigo, e del vicino , Laborato-
rio Federale di Scienza e Tecnologia dei Materiali, ha sco-
perto come sintetizzare nanocristalli di antimonio in strisce
omogenee sufficientemente stabili per poter essere adopera-
te come anodi nelle batterie ricaricabili a elevata densità di
energia sia agli ioni di litio sia agli ioni di sodio. L’antimonio
ha una capacità di assorbire entrambi gli ioni più che doppia
rispetto alla grafite ma finora è stato ben difficile da inge-
gnerizzare. C’è riuscita l’equipe con a capo il prof. Maksym
Kovalenko che ha sintetizzato chimicamente nanocristalli di
antimonio definiti “monodispersi” e grandi da dieci a venti
nanometri constatando la loro permeabilità agli ioni di litio
che possono assorbire e rilasciare rapidamente e senza su-
bire fratture alla struttura base. Il lavoro è stato lungo per-
ché incentrato sulla sintesi dell’antimonio e sulle proprie-
tà dei nanocristalli che oltre il centinaio di nm di diametro
mostravano caratteristiche del tutto inutili e solo dopo molte
sperimentazioni si è scoperto che al contrario sui 20 nm di-
ventavano perfetti sia nella densità sia nella velocità dell’as-
sorbimento e del rilascio degli ioni.
Catodi di zolfo
Un gruppo di ricerca con a capo l’esperto Christopher Soles
del e il
prof. Jeffrey Pyun dell ha approfondito
la possibilità di sostituire l’ossido di cobalto dei catodi nelle
celle agli ioni di litio con lo zolfo e appurato una metodologia
che può essere ingegnerizzata a basso costo. Com’è noto lo
zolfo è un materiale di scarto nei processi di trasformazione
del petrolio ed è quindi abbondante ed economico e, inoltre,
pesa circa la metà dell’ossido di cobalto ma nonostante ciò
può assorbire e rilasciare circa il doppio degli ioni di litio con
un rendimento praticamente quadruplo rispetto all’ossido di
cobalto in termini di densità di energia accumulabile nelle
Gianluca Scotti Le celle agli ioni di litio sono la tecnologia
dominante per le batterie e fra le molte
ricerche in corso volte a perfezionarle alcune
recentissime evidenziano miglioramenti
ottenuti essenzialmente a livello nanometrico
Fig. 1 – L’antimonio sintetizzato in nanocristalli con diametro di 20 nm
può assorbire e rilasciare ioni di litio e ioni di sodio con densità e velocità
doppie rispetto alla grafite