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  • La batteria al litio da lavoro potrebbe essere più potente grazie al nuovo design

    Snehashis Choudhury, dottorato di ricerca '18, sinistra, e Lynden Archer nell'ufficio di Kimball Hall di Archer. Credito:Tom Fleischman

    Il professore di ingegneria chimica della Cornell University, Lynden Archer, crede che ci sia bisogno di una "rivoluzione" della tecnologia delle batterie e pensa che il suo laboratorio abbia sparato uno dei primi colpi.

    "Quello che abbiamo ora [nella tecnologia delle batterie agli ioni di litio] è in realtà ai limiti delle sue capacità, " disse Archer. "La batteria agli ioni di litio, che è diventato il cavallo di battaglia nel potenziare le nuove tecnologie elettroniche, opera a oltre il 90% della sua capacità di stoccaggio teorica. Piccole modifiche ingegneristiche possono portare a batterie migliori con più spazio di archiviazione, ma questa non è una soluzione a lungo termine".

    "Hai bisogno di una sorta di cambiamento radicale di mentalità, " Egli ha detto, "e questo significa che devi quasi cominciare dall'inizio."

    Snehashis "Sne" Choudhury, dottorato di ricerca '18, ha escogitato quella che Archer definisce una soluzione "elegante" a un problema fondamentale con le batterie ricaricabili che utilizzano anodi di litio metallici ad alta densità energetica:instabilità a volte catastrofica dovuta a dendriti, che sono spine di litio che crescono dall'anodo mentre gli ioni viaggiano avanti e indietro attraverso l'elettrolita durante i cicli di carica e scarica.

    Se il dendrite sfonda il separatore e raggiunge il catodo, possono verificarsi cortocircuiti e incendi. È stato dimostrato che gli elettroliti solidi sopprimono meccanicamente la crescita dei dendriti, ma a scapito del trasporto ionico veloce. Soluzione di Choudhury:limitare la crescita dei dendriti dalla struttura dell'elettrolita stesso, che può essere controllato chimicamente.

    Utilizzando una procedura di reazione introdotta dal gruppo Archer nel 2015, impiegano "nanoparticelle pelose reticolate - un innesto di nanoparticelle di silice e un polimero funzionalizzato (ossido di polipropilene) - per creare un elettrolita poroso che allunga efficacemente il percorso che gli ioni devono seguire per viaggiare dall'anodo al catodo e viceversa, aumentando drasticamente la durata dell'anodo.

    La loro carta, "Confinamento dell'elettrodeposizione di metalli in elettroliti strutturati, " è stato pubblicato in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze . Choudhury e Dylan Vu, un giovane studente in ascesa in ingegneria chimica, sono co-primi autori.

    Choudhury, che è diretto alla Stanford University per il suo lavoro post-dottorato, ha anche ideato un metodo per la visualizzazione diretta del funzionamento interno della loro batteria sperimentale. Il gruppo ha confermato le previsioni teoriche sulla crescita dei dendriti con il dispositivo di Choudhury.

    "Questo è qualcosa per cui ho voluto fare, Suppongo, tre dottorato di ricerca la vita degli studenti, "disse Archer, che è alla Cornell dal 2000, con una risata. "Quello che Sne è stato in grado di fare è stato progettare una cella che ci ha permesso di, molto elegantemente, visualizzare ciò che sta accadendo all'interfaccia litio-metallo, dandoci ora la possibilità di andare oltre le previsioni teoriche".

    Un'altra novità di questo lavoro, Archer ha detto, sta "ribaltando qualcosa di un canone" nella scienza delle batterie. È stato a lungo ritenuto che, per sopprimere la crescita dei dendriti, il separatore all'interno della batteria deve essere più forte del metallo che sta cercando di sopprimere, ma è stato dimostrato che il separatore di polimeri porosi di Choudhury, con dimensioni medie dei pori inferiori a 500 nanometri, arresta la crescita.


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