La nuova tecnologia delle batterie dell'Università del Michigan dovrebbe essere in grado di prevenire il tipo di incendi che hanno messo a terra i Boeing 787 Dreamliner nel 2013.

L'innovazione è una barriera avanzata tra gli elettrodi in una batteria agli ioni di litio.

Realizzato con nanofibre estratte dal Kevlar, il materiale resistente nei giubbotti antiproiettile, la barriera soffoca la crescita di viticci metallici che possono diventare percorsi indesiderati per la corrente elettrica.

Un team di ricercatori della UM ha anche fondato Elegus Technologies, con sede ad Ann Arbor, per portare questa ricerca dal laboratorio al mercato. La produzione di massa dovrebbe iniziare nel quarto trimestre 2016.

"A differenza di altri materiali ultra resistenti come i nanotubi di carbonio, Kevlar è un isolante, " ha detto Nicholas Kotov, il Professore di Ingegneria Joseph B. e Florence V. Cejka. "Questa proprietà è perfetta per i separatori che devono prevenire il cortocircuito tra due elettrodi."

Le batterie agli ioni di litio funzionano spostando gli ioni di litio da un elettrodo all'altro. Questo crea uno squilibrio di carica, e poiché gli elettroni non possono passare attraverso la membrana tra gli elettrodi, passano invece attraverso un circuito e fanno qualcosa di utile lungo la strada.

Ma se i fori nella membrana sono troppo grandi, gli atomi di litio possono costruirsi in strutture simili a felci, chiamati dendriti, che alla fine penetrano attraverso la membrana. Se raggiungono l'altro elettrodo, gli elettroni hanno un percorso all'interno della batteria, mandando in corto circuito. È così che si pensa siano iniziati gli incendi della batteria sul Boeing 787.

"La forma della felce è particolarmente difficile da fermare a causa della sua punta su scala nanometrica, " disse Siu On Tung, uno studente laureato nel laboratorio di Kotov, nonché chief technology officer di Elegus. "Era molto importante che le fibre formassero pori più piccoli rispetto alla dimensione della punta".

Mentre le larghezze dei pori in altre membrane sono poche centinaia di nanometri, o qualche centinaio di millesimi di centimetro, i pori nella membrana sviluppati a U-M hanno un diametro compreso tra 15 e 20 nanometri. Sono abbastanza grandi da lasciar passare i singoli ioni di litio, ma abbastanza piccolo da bloccare le punte da 20 a 50 nanometri delle strutture di felce.

I ricercatori hanno realizzato la membrana stratificando le fibre una sopra l'altra in fogli sottili. Questo metodo mantiene le molecole a catena nella plastica distese, che è importante per una buona conduttività agli ioni di litio tra gli elettrodi, disse Tung.

"La particolarità di questo materiale è che possiamo renderlo molto sottile, così possiamo ottenere più energia nella stessa dimensione della cella della batteria, o possiamo ridurre la dimensione della cella, " ha detto Dan VanderLey, un ingegnere che ha contribuito a fondare Elegus attraverso il programma Master of Entrepreneurship di UM. "Abbiamo riscontrato molto interesse da parte di persone che cercano di realizzare prodotti più sottili".

Trenta aziende hanno richiesto campioni del materiale.

La resistenza al calore del Kevlar potrebbe anche portare a batterie più sicure poiché la membrana ha maggiori possibilità di sopravvivere a un incendio rispetto alla maggior parte delle membrane attualmente in uso.

Mentre il team è soddisfatto della capacità della membrana di bloccare i dendriti di litio, attualmente stanno cercando modi per migliorare il flusso di ioni di litio sciolti in modo che le batterie possano caricarsi e rilasciare la loro energia più rapidamente.

Lo studio, "Un conduttore ionico solido che sopprime i dendriti da nanofibre di aramide, " apparirà online il 27 gennaio in Comunicazioni sulla natura .