Una nuova tecnica sviluppata dai ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory promette di aumentare la capacità di accumulo delle batterie agli ioni di litio. La sperimentazione illustrata sulla rivista specializzata Journal of Materials Chemistry A ha messo a confronto le prestazioni elettrochimiche di tre nanocompositi di ossidi di metallo e grafene.

I nanocompositi sono caratterizzati da una matrice grossolana e da una fase nano-dimensionale. I due elementi presentano proprietà differenti a causa delle strutture e delle caratteristiche chimiche dissimili. Le caratteristiche principali di questi materiali solidi multifasi sono le dimensioni inferiori a 100 nanometri di una delle fasi.

I nanocompositi di monossido di grafene (GMO) presentano caratteristiche ideali per lo stoccaggio e la conversione dell’energia. Le loro applicazioni principali sono all’interno di accumulatori, batterie agli ioni di litio, sensori, fuel cell, sistemi di depurazione dell’aria e dell’acqua.

Nelle batterie agli ioni di litio le nanoparticelle di ossidi di metallo combinate alle particelle di grafene a elevata conduttività migliorano le prestazioni, perché accorciano i percorsi di diffusione del litio e riducono la polarizzazione degli elettrodi.

Per potenziare le prestazioni della tecnologia i ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory hanno testato un nuovo approccio, immergendo gli elettrodi in grafene in soluzioni ioniche metalliche. Tutte le nanoparticelle di ossidi di metallo sono rimaste ancorate alla superficie del grafene, divenendo pienamente accessibili all’elettrolita. Come ha illustrato uno degli autori della ricerca il professor Morris Wang:

Il nostro approccio sostanzialmente contribuisce a ottimizzare le performance rendendo attivi la maggior parte degli ossidi di metallo.

Il metodo ha permesso di depositare molti tipi di ossidi di metallo nella stessa struttura 3D in grafene. I ricercatori hanno così potuto confrontare le prestazioni elettrochimiche di una vasta gamma di GMO. Gli esperimenti hanno evidenziato una grande capacità di stoccaggio dei fogli di grafene, innescata dalle funzioni ricoperte in modo inaspettato dagli ossidi di metallo. Come spiega Wang:

Sorprendentemente la capacità del grafene è stata determinata dai materiali attivi e dal tipo di MO integrato nella superficie.

Due dei nanocompositi testati dagli scienziati hanno notevolmente incrementato la capacità di accumulo del litio e migliorato le performance dei cicli di ricarica delle batterie.

22 marzo 2016
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