Dal 1799 anno in cui Alessandro Volta inventò la prima pila le batterie hanno compiuto passi da gigante. Per sostenere la crescita del mercato delle auto elettriche e delle energie rinnovabili occorrerà compiere un ulteriore balzo perché occorrono sistemi di accumulo sempre più compatti, resistenti all’usura ed efficienti. La ricerca negli ultimi anni si sta concentrando sulle nanotecnologie.

I meccanismi che regolano i sistemi di accumulo in scala nanoscopica presentano ancora numerosi punti oscuri, a causa delle variazioni spesso impercettibili che avvengono all’interno. Anche una minima fluttuazione e un minuscolo difetto possono incidere sull’efficienza del dispositivo o portare a una rapida degradazione della batteria.

Un’équipe di ricercatori americani e cinesi ha sviluppato una nanosonda in grado di far luce sulle reazioni chimiche che avvengono all’interno delle fuel cell e delle batterie. La tecnologia è stata descritta sulla rivista Journal of Applied Physics pubblicata dall’American Institute of Physics. Lo strumento è in grado di “percepire” il materiale e costruire una mappa delle sue proprietà con una risoluzione nanometrica o ancora più piccola.

Gli scienziati hanno riscaldato la sonda con la corrente elettrica, causando una fluttuazione della temperatura e una sollecitazione del materiale sottostante. Gli atomi e gli ioni hanno iniziato a muoversi, facendo espandere e contrarre il materiale. Le vibrazioni della sonda causate da questo movimento possono essere misurate con un fascio laser.

Se in prossimità della punta della sonda si concentra una grande quantità di ioni o di altre particelle cariche il materiale si deformerà, proprio come avviene quando un pezzo di legno viene a contatto con l’acqua. Il dispositivo è così in grado di identificare le concentrazioni di ioni e i difetti elettronici all’interno del circuito. Questo approccio presenta diversi vantaggi rispetto ad altri tipi di microscopi atomici che sfruttano le perturbazioni elettriche, ma non riescono a isolare le risposte causate dai difetti elettronici o da variazioni nella concentrazione ionica.

I ricercatori hanno già testato il nuovo strumento su alcuni materiali usati per costruire le fuel cell e le batterie agli ioni di litio. A illustrare le potenzialità del dispositivo è il professor Jiangyu Li, un docente di ingegneria meccanica della University of Washington di Seattle che ha partecipato allo studio.

Il professor Li ha spiegato che la misurazione più accurata delle proprietà dei materiali permetterà di ridurre i difetti dei dispositivi e di sviluppare nuove tecnologie per l’accumulo più performanti.

3 giugno 2016
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