Batterie ricaricabili agli ioni di litio praticamente potere le nostre vite. Dai nostri smartphone ai nostri laptop, fino alle nostre auto elettriche, dove saremmo senza di loro? Beh, in tutta onestà, in un posto più sicuro e molto meno infiammabile.
Purtroppo è facile che le batterie agli ioni di litio prendano fuoco, come dimostrano i numerosi incendi che l'onnipresente batteria ricaricabile ha causato di recente. Che si tratti di un Tesla Model S va in fumo, IL richiamo dei laptop HP o il famoso Samsung Galaxy Note 7 fuoco debacle, Le batterie agli ioni di litio sono francamente molto infiammabili.
Tuttavia, secondo l'a nuovo studio pubblicato su Nano Letters, una rivista dell'American Chemical Society, potrebbe esserci un modo per eliminare del tutto il rischio di incendio dalle batterie agli ioni di litio e la risposta sta nei nanocavi.
Perché le batterie agli ioni di litio sono tali da accendere il fuoco?
Il litio è l'elemento metallico meno denso, motivo per cui le batterie agli ioni di litio sono così diffuse: possono contenere più energia rispetto ad altri tipi di batterie. Il problema, però, è che anche il litio è altamente reattivo, poiché contiene sodio e potassio.
Come per tutte le batterie, le batterie agli ioni di litio hanno due elettrodi separati da un elettrolita. Internamente, c'è una soluzione elettrolitica di sali di litio e solventi, e c'è un atto di bilanciamento finemente sintonizzato tra esso e gli elettrodi.
Quando la batteria è carica, la soluzione ionica di litio fluirà dall'elettrolita nell'anodo di carbonio e tornerà indietro una volta scaricata. Ovviamente, se questo equilibrio viene interrotto, è il luogo privilegiato in cui si verifica il disastro. Se gli elementi si uniscono, la batteria può surriscaldarsi e prendere fuoco.
In che modo i nanocavi possono essere utilizzati per prevenire il verificarsi di incendi nelle batterie agli ioni di litio?
La rimozione del rischio di incendio dalle batterie agli ioni di litio si è già dimostrata possibile in laboratorio, con l'uso di elettroliti allo stato solido. Sfortunatamente, gli elettroliti a stato solido sono notoriamente difficili da scalare, e certamente non a buon mercato, quindi non è una soluzione fattibile a lungo termine.
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Un'altra potenziale opzione sono gli elettroliti polimerici, che sono più economici e molto più scalabili. Eppure non sono molto conduttivi e non hanno quasi nessuna proprietà meccanica.
Ecco perché il team del College of Chemical Engineering and Material Science della Zhejiang University of Technology voleva vedere se rendere l'elettrolita polimerico allo stato solido più conduttivo eliminerebbe il rischio di incendio che spesso le batterie agli ioni di litio forniscono.
Aggiungendo nanofili di borato di magnesio, che aggiungono buone proprietà meccaniche e di conduttività al polimero elettrolita, il team è stato in grado di osservare un enorme aumento della conduttività degli elettroliti senza il rischio incendio.
"A causa delle caratteristiche ad alta resistenza e ignifughe dell'additivo per nanofili [borato di magnesio], sia la parte meccanica proprietà e le prestazioni ritardanti di fiamma di [elettroliti allo stato solido] sono state migliorate ", hanno scritto i ricercatori nel rapporto. "I risultati hanno rivelato l'interazione tra i nanofili [borato di magnesio] e -SO2- [...] che potrebbero promuovere il rilascio e il trasporto di ioni di litio, migliorando così la conducibilità ionica".
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Testando l'infiammabilità dell'elettrolita, il team ha scoperto che bruciava a malapena quando l'elettrolita che era stato potenziato con il nanofilo è stato associato alle proprietà tipiche delle batterie: un catodo e un anodo. Meglio ancora, la batteria aveva anche prestazioni migliori e una maggiore capacità ciclica, rendendola una batteria agli ioni di litio complessivamente migliore.
I nanofili, che sono spesso semiconduttivi, sono 60.000 volte più sottili di un sottile capello umano, il che li rende candidati perfetti per qualsiasi lavoro svolto sulle batterie.
L'efficacia dei nanocavi nelle batterie è già stata dimostrata. In uno studio della Stanford University pubblicato nel 2009, gli scienziati sono stati in grado di produrre elettrodi fatti di nanofili di carbonio-silicio. Hanno osservato che i nanocavi erano in grado di immagazzinare dieci volte la carica dei normali elettrodi di grafite nelle batterie agli ioni di litio. Anche se era il 2009, non abbiamo visto arrivare sul mercato batterie potenziate con nanofili, quindi non possiamo dire se queste pericolose batterie agli ioni di litio saranno presto con noi. In ogni caso, almeno sappiamo che esiste un modo fattibile per rendere meno infiammabile l'abbondante batteria.
