I ricercatori della Virginia Commonwealth University stanno lavorando per migliorare la conduttività e la sicurezza nelle batterie agli ioni di litio, che vengono utilizzati per alimentare molti dispositivi elettronici in tutto il mondo, compresi i computer portatili, iPod, satelliti, cuori artificiali e telefoni cellulari.

L'instabilità nelle batterie agli ioni di litio dovuta agli elettroliti allo stato liquido che aiutano a trasportare le cariche da un elettrodo della batteria all'altro è un pericolo che gli scienziati possono prevenire, disse Puru Jena, dottorato di ricerca, un illustre professore nel Dipartimento di Fisica del College of Humanities and Sciences. Nonostante questa instabilità, gli elettroliti allo stato liquido sono comuni nelle batterie agli ioni di litio a causa della loro superiorità conduttiva rispetto agli elettroliti allo stato solido più stabili.

Studi teorici di Jena e del collega Hong Fang, assegnista di ricerca presso il Dipartimento di Fisica, mostrano che è possibile progettare elettroliti allo stato solido non solo per essere conduttivi quanto le loro controparti liquide, ma anche molto stabili. Le loro scoperte, che sono stati pubblicati in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze questo mese, potrebbe portare a batterie agli ioni di litio più sicure e potenti.

"Teoricamente, puoi avere la tua torta e mangiarla anche tu, quando si tratta di stabilità e conduttività, " ha detto Jena.

elettroliti, che sono centrali per una batteria, sono sali composti da ioni positivi e negativi. Gli ioni positivi sono atomi che hanno più protoni che elettroni, mentre gli ioni negativi hanno inversamente più elettroni che protoni.

In una batteria agli ioni di litio, ioni di litio positivi fluiscono tra gli elettrodi tramite elettroliti. Gli ioni di litio possono fluire liberamente attraverso gli elettroliti allo stato liquido ma sono meno mobili in un elettrolita allo stato solido, che influisce negativamente sulla conduttività.

Per migliorare la conduttività negli elettroliti allo stato solido, i ricercatori hanno prodotto un modello computazionale in cui viene rimosso un singolo ione negativo. Gli ioni negativi a grappolo, gruppi di atomi con più elettroni che protoni, sostituiscono lo ione assente.

Gli scienziati hanno concettualizzato una svolta su uno specifico elettrolita allo stato solido precedentemente testato da altri ricercatori. Originariamente, l'elettrolita, che appartiene ad una famiglia di cristalli chiamati antiperovskiti, conteneva ioni positivi costituiti da tre atomi di litio e un atomo di ossigeno. Gli ioni positivi sono stati uniti con un singolo atomo di cloro che era uno ione negativo.

Nel modello computazionale, l'atomo di cloro è sostituito da uno ione cluster negativo creato da un atomo di boro e quattro atomi di fluoro uniti agli ioni positivi esistenti.

Sono state identificate altre combinazioni di ioni cluster negativi per migliorare potenzialmente la conduttività.

"La sostituzione dello ione cloro con ioni cluster migliora la conduttività perché questi ioni sono più grandi e consentono agli ioni di litio di muoversi rapidamente, come se fossero in un liquido, " ha detto Fang.

Jena e Fang sono ora alla ricerca di collaboratori per testare il loro modello computazionale in un ambiente di laboratorio per eventuali applicazioni di batterie agli ioni di litio.