Rivoluzionando le Prestazioni delle Batterie: UCLA Svela per la Prima Volta la Vera Forma del Litio
Scoperta rivoluzionaria per le batterie al litio
Ricercatori dell’Università della California, Los Angeles (UCLA) hanno sviluppato un metodo per depositare il metallo di litio su una superficie evitando la formazione di uno strato di corrosione. Questa scoperta fondamentale potrebbe portare a batterie ricaricabili più sicure ed efficienti.
Una ricerca rivoluzionaria sulle batterie al litio
Le batterie ricaricabili al litio-ionico alimentano smartphone, veicoli elettrici e sistemi di accumulo per l’energia solare ed eolica, tra le altre tecnologie. Queste batterie derivano da un’altra tecnologia, quella delle batterie al litio-metallo, che non è stata sviluppata o adottata in modo così ampio. Il motivo è che, sebbene le batterie al litio-metallo abbiano il potenziale per contenere circa il doppio dell’energia delle batterie al litio-ionico, presentano anche un rischio molto maggiore di incendi o addirittura di esplosioni.
Scoperta fondamentale per batterie più sicure
Un recente studio condotto da membri dell’Istituto di Nanosistemi della California presso l’UCLA ha rivelato una scoperta fondamentale che potrebbe portare a batterie al litio-metallo più sicure e performanti. I ricercatori hanno sviluppato una tecnica che previene la corrosione durante il deposito del litio, mostrando che, in assenza di corrosione, gli atomi di litio si assemblano in una forma sorprendente: un dodecaedro rombico, una figura a 12 facce simile ai dadi utilizzati nei giochi di ruolo come Dungeons and Dragons.
Comprendere gli aspetti strutturali delle batterie al litio-metallo
La scoperta della vera forma del litio, ovvero in assenza di corrosione, suggerisce che il rischio di esplosione per le batterie al litio-metallo può essere ridotto, poiché gli atomi si accumulano in una forma ordinata invece di una che può incrociarsi. Questa scoperta potrebbe avere implicazioni significative per la tecnologia energetica ad alte prestazioni.
Contrasto tra batterie al litio-ionico e al litio-metallo
A piccole scale, una batteria al litio-ionico immagazzina atomi di litio positivamente carichi in una struttura a gabbia di carbonio che riveste un elettrodo. Al contrario, una batteria al litio-metallo riveste l’elettrodo con litio metallico. Questo permette di immagazzinare 10 volte più litio nello stesso spazio rispetto alle batterie al litio-ionico, il che spiega l’aumento sia delle prestazioni che del pericolo.
Implicazioni della scoperta sulla sicurezza e le prestazioni delle batterie
Il processo per depositare il rivestimento di litio si basa su una tecnica vecchia di oltre 200 anni che impiega elettricità e soluzioni di sali chiamati elettroliti. Spesso, il litio forma filamenti ramificati microscopici con punte sporgenti. In una batteria, se due di queste punte si incrociano, può causare un cortocircuito che potrebbe portare a un’esplosione.
Ridefinire il processo di deposizione del litio
I ricercatori hanno sviluppato una nuova tecnica per depositare il litio più velocemente della formazione di corrosione. Hanno fatto passare corrente attraverso un elettrodo molto più piccolo per spingere l’elettricità più velocemente, un po’ come il modo in cui bloccare parzialmente l’ugello di un tubo da giardino fa uscire l’acqua con più forza.
Decifrare la forma del litio con la criomicroscopia elettronica
I ricercatori sono stati in grado di vedere la forma del litio grazie a una tecnica di imaging chiamata criomicroscopia elettronica, o cryo-EM, che emette elettroni attraverso campioni congelati per mostrare dettagli fino al livello atomico, inibendo al contempo i danni ai campioni.
Affinare la tecnica di deposizione del litio
Un equilibrio era necessario, tuttavia, perché accelerare troppo il processo avrebbe portato alle stesse strutture appuntite che causano cortocircuiti; la squadra ha affrontato questo problema regolando la forma del loro piccolo elettrodo.
Utilizzo della criomicroscopia elettronica per la ricerca sui materiali
L’uso della criomicroscopia elettronica per la ricerca sui materiali sta crescendo, e i ricercatori dell’UCLA avevano due vantaggi chiave. Primo, quando Li era uno studente di dottorato, ha dimostrato che la criomicroscopia elettronica può essere utilizzata per analizzare il litio, che si scompone quando esposto a un fascio di elettroni a temperatura ambiente. Secondo, il team ha eseguito esperimenti presso il Centro di Imaging Elettronico per Nanomacchine del CNSI, che ospita diversi strumenti di criomicroscopia elettronica che sono stati personalizzati per ospitare i tipi di campioni utilizzati nella ricerca sui materiali.
In conclusione, questa scoperta rivoluzionaria potrebbe portare a batterie al litio-metallo più sicure ed efficienti, con implicazioni significative per la tecnologia energetica ad alte prestazioni.