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Gli elettrodi microingegnerizzati potrebbero ridurre i costi di produzione delle batterie

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I reticoli stampati in 3D sono stati preparati in tre dimensioni. La carbonizzazione attraverso la pirolisi ha ridotto l’elettrodo e ne ha aumentato le prestazioni. Credito: Università di Tohoku

Nuovi elettrodi a microreticolo di carbonio ad alte prestazioni, facilmente fabbricabili, potrebbero presto essere utilizzati per realizzare batterie più economiche alimentate da ioni di sodio prontamente disponibili. L’approccio è stato pubblicato sulla rivista dai ricercatori e dai colleghi della Tohoku University Piccolo.

Le batterie agli ioni di litio sono utilizzate in un’ampia gamma di applicazioni, dagli smartphone alle auto elettriche, grazie alle loro elevate prestazioni e alla capacità di immagazzinare grandi quantità di energia. Tuttavia, la produzione di queste batterie è costosa, le riserve di metallo si stanno rapidamente esaurendo e la sua estrazione può essere dannosa per l’ambiente. Gli scienziati vogliono ridurre i costi di produzione delle batterie e trovare un modo per sbloccare il potenziale degli ioni di sodio più ampiamente disponibili.

Lo scienziato dei materiali della Tohoku University Akira Kudo, studente di dottorato presso l’Università della California di Los Angeles Yuto Katsuyama e colleghi stanno cercando modi per ottenere batterie a basso costo ad alte prestazioni aumentando la quantità caricata di materiali attivi utilizzati per trasformare una batteria in una singola cella della batteria. Ciò ridurrebbe i materiali inattivi utilizzati per legare insieme più cellule. Tuttavia, ciò richiede la fabbricazione di elettrodi più spessi, che limiterebbero il movimento, e quindi quello della carica elettrica, all’interno della batteria.

Kudo e il suo team hanno affrontato questo problema sviluppando un approccio che fabbrica elettrodi (anodi) a carica negativa micro-architettonici e ad alte prestazioni.

L’approccio prevede l’utilizzo della stereolitografia 3D per stampare strutture di microreticoli in resina. I microreticoli vengono quindi ridotti carbonizzandoli tramite un processo chiamato pirolisi. Si è scoperto che gli anodi di carbonio duro risultanti consentono il trasporto rapido di ioni generatori di energia. Inoltre, poiché il team ha perfezionato la struttura del reticolo, le sue prestazioni sono migliorate. Man mano che le stampanti 3D ottengono una risoluzione crescente, le batterie agli ioni di sodio potrebbero eventualmente superare le prestazioni di quelle agli ioni di litio, afferma Kudo.

Il prossimo team mira a utilizzare questo stesso approccio per realizzare elettrodi (catodici) carichi positivamente. L’obiettivo finale è utilizzare questi elettrodi finemente progettati per realizzare batterie agli ioni di sodio ad alte prestazioni ed economiche.


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