Il silicio incrementa l’efficienza delle batterie a ioni di litio

Molti ricercatori stanno cercando di trovare sistemi per aumentare l'efficienza delle batterie. C'è chi cerca strade completamente alternative alle attuali batterie agli ioni di litio e chi cerca invece di potenziare queste ultime, che rappresentano al momento l'approccio tradizionale più efficace in quanto a capacità di conservare energia. In questo senso alcuni ricercatori finlandesi hanno dimostrato l'utilità del silicio come componente che aumenta ulteriormente questa capacità.

In effetti, fanno notare i ricercatori, è già da qualche tempo che si conoscono le potenzialità del silicio come componente delle batterie a ioni di litio. L'elemento che il silicio dovrebbe sostituire è la grafite, che di norma viene usata nella batterie come materiale che va a costituire il loro anodo. Il silicio, oltretutto uno degli elementi più diffusi nella crosta terrestre, ha una capacità energetica teorica di circa 4.200 mAh per grammo contro i circa 370 della grafite. Semplicemente sostituendo la grafite con il silicio, si stima che la capacità energetica di una batteria aumenti del 10-30 percento.

Il problema è che si è sempre pensato che il silicio dovesse entrare a far parte delle batterie a ioni di litio sotto forma di nano-particelle, che però sono difficili e costose da produrre. Lo studio finlandese ha invece dimostrato che si possono anche usare particelle molto più grandi di silicio - nell'ordine dei 10-20 micron - purché il materiale contenga pori che sono, questi sì, nell'ordine dei nanometri. Il silicio mesoporoso (PSi) realizzato per etching elettrochimico di materiale drogato con una piccola quantità di boro ha mostrato di avere le caratteristiche ottimali per l'applicazione nelle batterie.

Questa scoperta apre la strada a ulteriori ricerche su come ottimizzare le prestazioni delle batterie agli ioni di litio. Il primo obiettivo è comprendere come sarebbe possibile aumentare la presenza di silicio nelle batterie commerciali, specie in campo automotive, al di là dei risultati ottenuti in laboratorio. Il silicio usato nei test resta comunque un prodotto troppo costoso, motivo per cui i ricercatori intendono testare la produzione di un materiale che abbia caratteristiche simili ma derivato da processi di riciclo di scarti agricoli, come la cenere di foglia d'orzo. L'utilizzo di nanotubi di carbonio potrebbe inoltre aumentare la conducibilità e la resistenza meccanica del silicio.

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