I diamanti microscopici aggiunti alle batterie a base di litio potrebbero aiutare a prevenire gli incendi e le esplosioni, rileva un nuovo studio. Questo progresso potrebbe anche aiutare a gettare le basi per batterie a base di litio con elettrodi al litio puro in grado di immagazzinare fino a 10 volte più energia rispetto alle attuali batterie agli ioni di litio, affermano i ricercatori.
Le batterie al litio sono diventate famose per incidenti di sicurezza in cui possono prendere fuoco o addirittura esplodere. Uno dei motivi principali per cui possono verificarsi tali rischi è la formazione di dendriti, depositi di litio simili a viticci che possono crescere abbastanza a lungo da perforare la barriera che separa le metà positive e negative di una batteria agli ioni di litio e provocarne un cortocircuito.
I dendriti si formano quando un elettrodo della batteria si degrada e gli ioni metallici si depositano sulla superficie dell’elettrodo. Per evitare la formazione di dendriti, le odierne batterie a base di litio non utilizzano un elettrodo di puro litio metallico. Invece usano spesso un elettrodo di grafite riempito di litio. Sebbene la grafite aiuti a sopprimere la crescita dei dendriti, tali elettrodi immagazzinano anche solo circa 1/10 dell’energia che potrebbe contenere il litio puro.
Una svolta che potrebbe aiutare a creare nuove batterie più sicure
I ricercatori affermano che i nanodiamanti, cristalli ciascuno largo solo circa 5 nanometri, possono aiutare a prevenire la formazione di dendriti. Hanno dettagliato le loro scoperte online la scorsa settimana sulla rivista Nature Communications.
I nanodiamanti sono spesso usati nell’industria galvanica per sopprimere la crescita dei dendriti. Quando questi cristalli si depositano sulle superfici, scivolano naturalmente insieme per formare una pellicola liscia, che a sua volta aiuta altri materiali a ricoprire quelle superfici in modo più uniforme che impedisce la crescita dei dendriti.
Gli scienziati hanno creato nanodiamanti a basso costo facendo esplodere esplosivi in una camera sigillata. Successivamente hanno mescolato questi nanodiamanti nella soluzione elettrolitica tipicamente utilizzata nelle batterie agli ioni di litio scoprendo che ciò aiuta il flusso di carica elettrica all’interno dei dispositivi.
Negli esperimenti, i ricercatori hanno scoperto che gli ioni di litio potrebbero facilmente attaccarsi ai nanodiamanti e placcati sugli elettrodi in modo ordinato. Hanno scoperto che i nanodiamanti sopprimevano completamente la formazione di dendriti durante 100 cicli di scarica e ricarica nell’arco di 200 ore.
“Questo è un passo importante verso il miglioramento della sicurezza e l’aumento delle probabilità di utilizzo di anodi di metallo puro, non solo al litio, ma anche zinco, sodio e altri, nelle batterie ricaricabili“, afferma il coautore dello studio Yury Gogotsi, scienziato dei materiali presso Drexel Università di Filadelfia.
