Per alimentare un'auto in modo che possa percorrere centinaia di miglia alla volta, Le batterie agli ioni di litio del futuro dovranno contenere più energia senza diventare troppo grandi.

Questo è uno dei dilemmi che devono affrontare gli sforzi per alimentare le auto attraverso le tecnologie delle batterie ricaricabili. Al fine di contenere energia sufficiente per consentire un viaggio in auto di 300-500 miglia prima di ricaricare, le attuali batterie agli ioni di litio diventano troppo grandi o troppo costose.

Nella ricerca della batteria "post-ioni di litio", Il professore associato di chimica Dunwei Wang ha sviluppato materiali che un giorno potrebbero consentire la produzione di nuove batterie in grado di soddisfare le richieste di energia entro i limiti di dimensioni e costi delle case automobilistiche e di altri settori.

In un recente rapporto pubblicato sulla rivista tedesca Angewandt Chemie , Wang e un collega dell'Università del Massachusetts Amherst hanno svelato un nuovo metodo per stabilizzare il carbonio - un componente strutturale centrale di qualsiasi batteria - che potrebbe aprire la strada a nuovi standard di prestazione nella caccia ai componenti agli ioni di litio.

Al centro della ricerca di prestazioni migliorate è la capacità di perdere peso e componenti chimici costosi. I ricercatori che perseguono una batteria "litio-aria" si sono concentrati su una reazione chimica di litio e ossigeno, che può essere tirato dall'aria. Ma i materiali utilizzati per generare questa reazione hanno mostrato cicli di vita scadenti, durare con poche cariche.

Il colpevole, ha detto Wang, è l'instabilità del carbonio, un supporto strutturale essenziale all'elettrodo di una batteria, un conduttore dove le cariche raccolgono e distribuiscono.

"Il carbonio viene utilizzato in ogni batteria perché ha quella combinazione di basso costo, leggerezza e conducibilità, " ha detto Wang. "Non puoi semplicemente rottamarlo."

Così Wang e l'assistente professore di ingegneria chimica Wei Fan di UMass si sono messi al lavoro per migliorare le capacità prestazionali di una forma di carbonio di nuova concezione fabbricata da Fan. Si chiama carbonio mesoporoso (3DOm) ordinato in tre dimensioni e gli scienziati lo apprezzano per la sua struttura altamente ordinata.

Utilizzando una tecnica chiamata deposizione di strati atomici (ALD), i ricercatori hanno coltivato un sottile rivestimento di ossido di ferro sul carbonio, un passaggio che ha potenziato la reattività tra litio e ossigeno e migliorato le prestazioni sul ciclo di carica. Prossimo, hanno usato ALD per applicare un rivestimento di nanoparticelle di palladio, che ha efficacemente ridotto la reazione deteriorativa del carbonio con l'ossigeno e migliorato il ciclo di scarico.

I loro test iniziali sul materiale hanno mostrato un netto miglioramento delle prestazioni.

"Abbiamo dimostrato che una particolare forma di carbonio può essere utilizzata per supportare un nuovo tipo di chimica che consente lo stoccaggio di energia con la promessa di una densità di energia da cinque a 10 volte superiore rispetto alle batterie agli ioni di litio all'avanguardia che vediamo oggi. , " ha affermato Wang. "Riteniamo che ciò migliori in modo significativo la ciclabilità della batteria, che è una questione fondamentale".

Wang ha affermato che i risultati mostrano che il carbonio 3DOm può soddisfare nuovi standard di prestazione quando è stabilizzato.

"L'innovazione chiave che facciamo qui è che il carbonio 3DOm è stabile:abbiamo stabilizzato qualcosa che in precedenza non era stabile, " ha detto Wang.