Gli scienziati hanno creato un nuovo tipo di carbonio che potrebbe produrre le batterie dei nostri telefoni, tablet e laptop più sicuri, più potente, più veloce da caricare e più duraturo.

Un team internazionale di ricercatori, guidato dalla Lancaster University e dalla Jilin University in Cina, hanno annunciato il primo carbonio poroso sintetizzato organicamente, chiamato OSPC-1, nel diario Angewandte Chemie .

Questo nuovo carbonio mostra un potenziale eccezionale come materiale per anodi all'interno delle batterie agli ioni di litio, il tipo di batterie che alimentano milioni di dispositivi come telefoni cellulari, computer portatili, utensili elettrici, oltre ad essere utilizzato in situazioni più complesse, come i satelliti spaziali, aerei commerciali e auto elettriche.

Il materiale standard del settore utilizzato per gli anodi all'interno delle batterie agli ioni di litio è una forma di carbonio chiamata grafite. Gli scienziati hanno confrontato le prestazioni di OSPC-1 con la grafite e hanno scoperto che OSPC-1 è in grado di immagazzinare più del doppio degli ioni di litio, e quindi potere, come grafite alla stessa velocità di ricarica di fascia media.

Inoltre, OSPC-1 è in grado di immagazzinare ioni di litio a una velocità più che doppia rispetto alla grafite, il che significa che le velocità di ricarica possono essere due volte più veloci. Anche le velocità di scarica possono essere notevolmente migliorate con OSPC-1, il che significa che può essere utilizzato anche per alimentare applicazioni più affamate di energia.

Unicamente, OSPC-1 è stato creato a livello molecolare utilizzando una tecnica complessa chiamata 'Eglinton homocoupling'. Ciò comporta la rimozione del silicio dai gruppi carbonio-silicio per produrre legami carbonio-carbonio. La struttura risultante è amorfa, molto stabile, e, in modo cruciale, altamente conduttivo.

Un altro grande vantaggio di OSPC-1 è la sua sicurezza. Non forma dendriti. Queste sono fibre di litio metallico che possono formarsi quando il litio rimane bloccato sulla superficie della grafite. Se i dendriti si accumulano e raggiungono il catodo, possono cortocircuitare le batterie agli ioni di litio e farle esplodere in fiamme.

OSPC-1 sembra anche essere molto più duraturo della grafite. Il team di scienziati lo ha testato su 100 cicli di carica e scarica e non c'erano segni di deterioramento. La grafite si espande e si contrae ogni volta che viene caricata e scaricata, che lo rende suscettibile di rottura. La struttura a struttura aperta di OSPC-1 significa che è meno fragile e non incline a queste debolezze.

Però, la grafite è lo standard del settore perché è molto economica da produrre e facilmente ottenibile. I ricercatori riconoscono che OSPC-1 sarebbe più costoso da produrre, almeno inizialmente. Perciò, i ricercatori ritengono che le prime applicazioni più probabili sarebbero per situazioni in cui la sicurezza è la considerazione fondamentale, come all'interno di satelliti e aerei spaziali.

La dottoressa Abbie Trewin della Lancaster University, co-autore principale dello studio, ha dichiarato:"Il nostro team ha utilizzato un metodo completamente nuovo per produrre l'unico carbonio poroso progettato a livello molecolare.

"Questo nuovo materiale, OSPC-1, è un materiale anodico molto promettente per batterie agli ioni di litio con un'elevata capacità di litio, un'impressionante capacità di carica e scarica, potenziale per una lunga durata, e per prestazioni di sicurezza notevolmente migliorate.

"Riteniamo che OSPC-1 abbia un grande potenziale in quelle situazioni in cui il fallimento potrebbe portare alla perdita della vita, o la perdita di apparecchiature molto costose nel caso dei satelliti".

Il metodo utilizzato dal team di ricercatori ha il potenziale per essere esteso ad altri materiali in carbonio 3-D, e potrebbe vedere la creazione di una nuova famiglia di materiali di carbonio porosi, che potrebbe vedere benefici per lo stoccaggio di energia, dispositivi elettronici, catalisi, stoccaggio del gas, e tecnologie di separazione del gas.

I risultati sono riportati nel documento "A 3-D Organically Synthesized Porous Carbon".