Alla ricerca di un affidabile, ricarica rapida, batteria per climi freddi per automobili, un autoassemblante, un sottile strato di molecole elettrochimicamente attive può essere la soluzione, secondo un team o ricercatori.

"La batteria al litio metallico è la prossima generazione di batterie dopo la batteria agli ioni di litio, " ha detto Donghai Wang, professore di ingegneria meccanica e ricercatore chiave nel Battery and Energy Storage Technology Center, Penn State. "Utilizza un anodo di litio e ha una maggiore densità di energia, ma ha problemi con la crescita dendritica, bassa efficienza e basso ciclo di vita."

La soluzione a questi problemi, secondo i ricercatori, è un monostrato autoassemblante che è elettrochimicamente attivo in modo che possa decomporsi nei suoi componenti propri e proteggere la superficie dell'anodo di litio.

La batteria è composta dall'anodo di litio, un catodo di ossido di litio metallico e un elettrolita che ha anche materiali conduttori di ioni di litio e il protettivo, strato di pellicola sottile. Senza questo strato, la batteria tenderebbe a sviluppare picchi di cristalli di litio se caricata rapidamente o in condizioni di freddo. Questi picchi di litio alla fine mandano in cortocircuito la batteria, diminuendo notevolmente l'utilità e la durata del ciclo.

"La chiave è mettere a punto la chimica molecolare per autoassemblarsi sulla superficie, " ha detto Wang. "Il monostrato fornirà una buona interfaccia elettrolitica solida durante la ricarica, e proteggere l'anodo di litio."

I ricercatori depositano il monostrato su un sottile strato di rame. Quando la batteria si carica, il litio colpisce il monostrato e si decompone per formare uno strato interfacciale stabile. Un po' di litio si deposita sul rame insieme allo strato rimanente, e la porzione decomposta dello strato originale si riforma sopra il litio, proteggendo il litio e prevenendo la formazione di dendriti di litio.

Secondo i ricercatori, questa tecnologia può aumentare la quantità di capacità di stoccaggio della batteria e può aumentare il numero di volte in cui la batteria può essere caricata. Però, a questo punto, la batteria può essere caricata solo poche centinaia di volte. I ricercatori hanno riportato il loro lavoro in un recente numero di Energia della natura .

"La chiave è che questa tecnologia mostra la capacità di formare uno strato quando necessario in tempo e di decomporsi e riformarsi spontaneamente in modo che rimanga sul rame e copra anche la superficie del litio, " ha detto Wang. "Alla fine potrebbe essere usato per i droni, macchine, o alcune batterie molto piccole utilizzate per applicazioni subacquee a basse temperature.