(Phys.org) —Ricercatori dell'Università della California, Il Bourns College of Engineering di Riverside ha creato una batteria agli ioni di litio che supera di tre volte l'attuale standard del settore. Il materiale chiave:sabbia. Sì, sabbia.

"Questo è il Santo Graal - un basso costo, non tossico, modo ecologico per produrre anodi di batterie agli ioni di litio ad alte prestazioni, " disse Zaccaria Favori, uno studente laureato che lavora con Cengiz e Mihri Ozkan, entrambi professori di ingegneria alla UC Riverside.

L'idea è venuta a Favors sei mesi fa. Si stava rilassando sulla spiaggia dopo aver fatto surf a San Clemente, California quando raccolse della sabbia, lo osservò da vicino e vide che era composto principalmente da quarzo, o biossido di silicio.

La sua ricerca è incentrata sulla costruzione di batterie agli ioni di litio migliori, principalmente per l'elettronica personale e i veicoli elettrici. È concentrato sull'anodo, o lato negativo della batteria. La grafite è l'attuale materiale standard per l'anodo, ma poiché l'elettronica è diventata più potente, la capacità di miglioramento della grafite è stata virtualmente sfruttata.

I ricercatori sono ora concentrati sull'utilizzo del silicio su scala nanometrica, o miliardesimi di metro, livello in sostituzione della grafite. Il problema con il silicio su scala nanometrica è che si degrada rapidamente ed è difficile da produrre in grandi quantità.

I favori si prefiggono di risolvere entrambi questi problemi. Ha studiato la sabbia per trovare un punto negli Stati Uniti dove si trova con un'alta percentuale di quarzo. Che lo ha portato al Cedar Creek Reservoir, a est di Dallas, dove è cresciuto.

sabbia in mano, è tornato al laboratorio dell'Università di Riverside e l'ha fresato su scala nanometrica, seguito da una serie di passaggi di purificazione che ne cambiano il colore dal marrone al bianco brillante, simile per colore e consistenza allo zucchero a velo.

Dopo di che, ha macinato sale e magnesio, entrambi elementi molto comuni che si trovano disciolti nell'acqua di mare nel quarzo purificato. La polvere risultante è stata quindi riscaldata. Con il sale che funge da assorbitore di calore, il magnesio lavorava per togliere l'ossigeno dal quarzo, risultante in puro silicio.

Il team di Ozkan è stato soddisfatto di come è andato il processo. E hanno anche incontrato un'ulteriore sorpresa positiva. Il puro nano-silicio formato in una consistenza simile a una spugna di silicio 3-D molto porosa. Quella porosità si è rivelata la chiave per migliorare le prestazioni delle batterie costruite con il nano-silicio.

Il miglioramento delle prestazioni potrebbe significare espandere la durata prevista delle batterie dei veicoli elettrici a base di silicio fino a 3 volte o più, che sarebbe significativo per i consumatori, considerando che le batterie di ricambio costano migliaia di dollari. Per cellulari o tablet, potrebbe significare dover ricaricare ogni tre giorni, invece di tutti i giorni.

I risultati sono stati appena pubblicati in un articolo, "Sintesi scalabile di nano-silicio da spiaggia di sabbia per batterie agli ioni di litio a lunga durata, " sulla rivista Nature Rapporti scientifici . Oltre a Favors e Ozkan's, autori erano:Wei Wang, Hamed Hosseini Bay, Zafer Mutlu, Kazi Ahmed e Chueh Liu. Tutti e cinque sono studenti laureati che lavorano nei laboratori di Ozkan.

Ora, il team di Ozkan sta cercando di produrre maggiori quantità di sabbia della spiaggia di nano-silicio e sta progettando di passare da batterie a moneta a batterie da tasca che vengono utilizzate nei telefoni cellulari.