Un team di ricerca guidato da Lynden Archer, professore e decano del College of Engineering presso la Cornell University, ha sviluppato una batteria al litio che può essere completamente caricata in soli cinque minuti. Questa scoperta potrebbe contribuire a risolvere i problemi legati al tempo di ricarica dei veicoli elettrici (EV) e aumentare la loro adozione.
Con gli avanzamenti tecnologici, il caricabatterie commerciale più veloce potrebbe caricare una batteria EV in non meno di 30 minuti. Sebbene questo rappresenti un miglioramento significativo rispetto ai cicli di ricarica di otto ore di un caricabatterie domestico standard, è ancora necessario uno sviluppo ulteriore per l’adozione su larga scala degli EV.
Il team di Archer aveva precedentemente lavorato sulla questione della ricarica delle batterie al litio-ion. Tuttavia, il loro approccio era incentrato sul movimento degli ioni negli elettroliti e sulla loro cristallizzazione sugli anodi metallici. Il team ha utilizzato le proprie conoscenze su questi processi per sviluppare anodi più sicuri che forniscono una conservazione a lungo termine.
Per sviluppare una batteria con un tempo di ricarica più rapido, il team ha adottato un nuovo approccio concentrato sulla cinematica delle reazioni elettrochimiche. In particolare, si sono focalizzati su un concetto chiamato numero di Damköhler, che misura la velocità di reazione e la velocità con cui un materiale viene trasportato al sito di reazione.
Il team ha cercato specificamente materiali con valori di Damköhler bassi, che hanno alte velocità di trasporto, e ha scoperto che un metallo morbido chiamato indio, commercialmente noto come saldante a bassa temperatura, può essere utilizzato per produrre pannelli solari sottili e schermi touch.
I ricercatori hanno scoperto che questo metallo ha una barriera migratoria energetica molto bassa, che accelera il movimento degli ioni. Inoltre, mostra un buon scambio di densità di corrente, che rappresenta la velocità di riduzione degli ioni sull’anodo. La combinazione di questi fattori consente una ricarica rapida e una conservazione dell’energia a lungo termine.
“La chiave dell’innovazione è la scoperta di un principio di progettazione che consente ai metalli ionici sull’anodo della batteria di muoversi liberamente, trovare la configurazione corretta e poi impegnarsi in reazioni di conservazione dell’energia”, ha affermato Archer.
“Il risultato è che in ogni ciclo di ricarica, l’elettrodo rimane in uno stato morfologico stabile. Questo è esattamente ciò che conferisce alle nostre nuove batterie la capacità di ricarica e scarica rapida per migliaia di cicli”.
I ricercatori suggeriscono che combinare questa tecnologia con caricabatterie induttivi wireless potrebbe aiutare a ridurre le dimensioni delle batterie richieste nei veicoli, portando a riduzioni dei costi.
Tuttavia, ci sono anche delle sfide da affrontare. L’indio è un metallo molto pesante e potrebbe non essere adatto per la produzione di pacchi batteria. Il team sta attualmente lavorando per trovare altri materiali leggeri che possano svolgere lo stesso ruolo dell’indio.
La ricerca è stata recentemente pubblicata sulla rivista scientifica “Joule”.
FAQ:
1. Quali problemi può risolvere la scoperta del team di ricerca riguardo alla ricarica delle batterie al litio?
La scoperta può contribuire a risolvere i problemi legati al tempo di ricarica dei veicoli elettrici (EV) e aumentare la loro adozione.
2. Quanto tempo impiega un caricabatterie commerciale veloce per caricare una batteria EV?
Il caricabatterie commerciale più veloce impiega almeno 30 minuti per caricare una batteria EV, il che rappresenta un miglioramento significativo rispetto a un caricabatterie domestico standard.
3. Qual è l’approccio alla base dello sviluppo di batterie con tempi di ricarica più veloci da parte del team di Archer?
Il team si concentra sulla cinematica delle reazioni elettrochimiche e cerca materiali con valori di Damköhler bassi, che hanno alte velocità di trasporto e accelerano il movimento degli ioni.
4. Quali materiali sono stati trovati come risultato della ricerca del team?
Il team ha scoperto che il metallo morbido indio (conosciuto commercialmente come saldante a bassa temperatura) ha una barriera migratoria energetica bassa, che accelera il movimento degli ioni e garantisce una ricarica rapida e una conservazione dell’energia a lungo termine.
5. Quali sono i potenziali vantaggi di questa tecnologia?
La combinazione di questa tecnologia con caricabatterie induttivi wireless può aiutare a ridurre le dimensioni delle batterie richieste nei veicoli, portando a riduzioni dei costi.
6. Quali sono le attuali sfide per l’implementazione di questa tecnologia?
L’indio è un metallo molto pesante e potrebbe non essere adatto per la produzione di pacchi batteria. Il team sta cercando altri materiali leggeri che possano svolgere lo stesso ruolo dell’indio.
Definizioni dei termini chiave o del linguaggio specializzato utilizzati nell’articolo:
– Batteria al litio: un tipo di batteria che utilizza la tecnologia al litio come portatore di energia.
– Veicoli elettrici (EV): veicoli alimentati da energia elettrica, tipicamente alimentati da batterie o pacchi batteria.
– Numero di Damköhler: una misura della velocità di una reazione chimica e della velocità con cui un materiale viene trasportato al sito di reazione.
– Elettrodo: un materiale elettricamente conduttivo utilizzato per introdurre o recuperare cariche elettriche in una batteria.
– Migrazione dell’energia: il processo di trasferimento di energia attraverso un materiale.
– Morfologia: la struttura o la forma di un elettrodo della batteria.
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– Cornell University College of Engineering
– Rivista scientifica Joule
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