(Phys.org) — I ricercatori della Rice University hanno escogitato un nuovo modo per aumentare l'efficienza dell'onnipresente batteria agli ioni di litio (LI) impiegando nastri di grafene che iniziano come nanotubi di carbonio.

Anodi Proof-of-concept, la parte della batteria che immagazzina gli ioni di litio, costruiti con nanonastri di grafene (GNR) e ossido di stagno hanno mostrato una capacità iniziale migliore della capacità teorica del solo ossido di stagno, secondo il chimico della Rice James Tour. Dopo 50 cicli di carica-scarica, le unità di prova hanno mantenuto una capacità che era ancora più del doppio di quella della grafite attualmente utilizzata per gli anodi delle batterie LI.

La ricerca è apparsa questa settimana sulla rivista dell'American Chemical Society ACS Nano .

Batterie migliori sono molto desiderate da tutti coloro che portano un cellulare o un computer o guidano un'auto elettrica. Il team di Rice vede il potenziale per i GNR di contribuire al loro sviluppo.

Tour e i suoi colleghi hanno sviluppato un metodo per decomprimere i nanotubi in GNR, rivelato in una cover story del 2009 su Nature. Da allora, i ricercatori hanno scoperto come produrre nanonastri di grafene alla rinfusa e si stanno muovendo verso applicazioni commerciali. Un'area matura per il miglioramento è l'umile batteria. In un mondo sempre più mobile, la capacità della batteria sta diventando un collo di bottiglia che generalmente limita i dispositivi a meno di un giorno di utilizzo.

Nei nuovi esperimenti, il laboratorio Rice ha mescolato nanonastri di grafene e particelle di ossido di stagno larghe circa 10 nanometri in un impasto liquido con un legante di gomma di cellulosa e un po' d'acqua, stenderlo su un collettore di corrente e racchiuderlo in una batteria a bottone. I GNR sono spessi un singolo atomo e migliaia di volte più lunghi di quanto siano larghi. I GNR non solo separano e supportano l'ossido di stagno, ma aiutano anche a fornire ioni di litio alle nanoparticelle.

I test di laboratorio hanno mostrato capacità di carica iniziale superiori a 1, 520 milliampere ora per grammo (mAh/g). Su ripetuti cicli di carica-scarica, il materiale si è depositato in un solido 825 mAh/g. "Ci sono voluti circa due mesi per passare attraverso 50 cicli, " ha detto l'autore principale Jian Lin, un ricercatore post-dottorato alla Rice, che crede di poterne gestire molti di più senza perdere capacità significative.

I GNR potrebbero anche aiutare a superare una delle principali difficoltà con lo sviluppo delle batterie LI. Gli ioni di litio tendono ad espandere il materiale che abitano, e il materiale si contrae quando viene allontanato. Col tempo, materiali come il silicio, che mostra una straordinaria capacità di litio, si decompongono e perdono la capacità di immagazzinare ioni. Altri laboratori della Rice hanno fatto scoperte che aiutano a risolvere il problema dell'espansione rompendo il silicio trattato in polvere, raggiungendo grande capacità e molti cicli.

I GNR adottano un approccio diverso dando alle batterie un certo grado di flessibilità, Tour ha detto. "I nanonastri di grafene creano una struttura eccezionale che mantiene disperse le nanoparticelle di ossido di stagno e impedisce loro di frammentarsi durante il ciclismo, ", ha detto. "Dal momento che le particelle di ossido di stagno hanno una dimensione di pochi nanometri e possono rimanere tali essendo disperse su superfici GNR, le variazioni di volume nelle nanoparticelle non sono drammatiche. I GNR forniscono anche un leggero, quadro conduttivo, con le loro proporzioni elevate e l'estrema magrezza."

I ricercatori hanno sottolineato che il lavoro è un "punto di partenza per esplorare i compositi realizzati da GNR e altri ossidi di metalli di transizione per applicazioni di stoccaggio del litio". Lin ha detto che il laboratorio prevede di costruire batterie con altre nanoparticelle metalliche per testare le loro capacità di ciclo e stoccaggio.