Senza dubbio, tutti trarremmo vantaggio da una maggiore durata della batteria dei nostri laptop, ibridi e altri dispositivi portatili. Purtroppo la corrente batteria agli ioni di litio (LIB) ha praticamente raggiunto il suo potenziale e l'unico modo per aumentare l'autonomia dei nostri dispositivi portatili senza spina è realizzare batterie più grandi. Tuttavia, questa non è certo una soluzione praticabile in un settore in cui sono altamente desiderabili attrezzature più leggere e snelle. Abbiamo bisogno di qualcosa di nuovo; un modo per aumentare significativamente la capacità di accumulo senza dover realizzare dispositivi di accumulo di energia più grandi.
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Recentemente, il Laboratorio nazionale del Pacifico nord-occidentale del Dipartimento dell’Energia ha inventato una nuova svolta sulla batteria agli ioni di litio che, secondo quanto riferito, può immagazzinare “almeno” il doppio dell’energia di una batteria ibrida o di un laptop convenzionale. In questo caso il metodo prevede l'utilizzo di un silicone spugnoso. Sono state fatte altre "scoperte" proposte per il miglioramento della batteria, ma potrebbero accadere o meno e, nella migliore delle ipotesi, sono distanti anni. Tuttavia, questo non è solo altamente plausibile, ma anche relativamente indolore da implementare.
Perché il silicio?
Attualmente, quasi tutte le LIB utilizzano elettrodi di grafite per immagazzinare e scaricare l'energia. Queste LIB convenzionali immagazzinano solo 10 volte meno energia di quella di cui sono capaci gli elettrodi a base di silicio. Anche se le formule matematiche sono complesse, in un mondo perfetto una batteria a base di silicio fornirebbe una potenza 10 volte superiore. Tuttavia, considerando tutto ciò che richiede considerazione, come la chimica della batteria, gli elettrodi di silicio (a volte chiamati anodos) può raddoppiare, o eventualmente triplicare la capacità di accumulo di energia rispetto allo standard attuale.
Un problema con l’utilizzo del silicio in passato era che assorbiva troppi ioni di litio (sono necessari per immagazzinare e contribuire a generare energia), spesso espandendosi fino al 400% della massa durante ricarica. Ciò, come puoi immaginare, ha causato tutti i tipi di problemi, inclusa (ma non limitata a) la rottura dell'alloggiamento della batteria. Era semplicemente impraticabile, finché il Laboratorio Nazionale del Pacifico Nordoccidentale del Dipartimento dell’Energia non ha inventato un elettrodo di silicio soprannominato “spugna siliconica mesoporosa” che si espande solo del 30% vitale.
In termini semplici, la spugna di silicio mesoporoso è un pezzo di silicio perforato con fori. Quando assorbe gli ioni di litio, invece di espandersi verso l'esterno, il silicio aumenta la sua massa riempiendo i buchi. Con il limite di espansione del 30%, l'elettrodo a base di silicio contiene una concentrazione di energia di circa 750 mAh per grammo, ovvero circa il doppio di quella degli elettrodi a base di grafite. Inoltre, gli elettrodi di silicio si sono dimostrati resistenti: la batteria prototipo ha mantenuto l’80% della sua capacità dopo 1.000 ricariche.
Quando vedremo queste nuove batterie?
Il prossimo passo logico del Pacific Northwest National Laboratory del Dipartimento dell’Energia sarebbe quello di costruire un prototipo più grande, forse qualcosa di abbastanza grande da alimentare un dispositivo mobile tradizionale. Nel frattempo, mentre aspettiamo che gli scienziati del governo continuino a sviluppare la tecnologia, una startup della Silicon Valley chiamata “Amprio” è attualmente al lavoro per svilupparli e commercializzarli.
Certo, i tassi di assorbimento energetico degli ioni di litio a base di silicio di Amprius sono molto più bassi (solo il 10-50% in più di accumulo di energia rispetto alla grafite), ma finora i risultati sono stati sufficientemente incoraggianti da suggerire che il silicio potrebbe benissimo svolgere un ruolo importante nell’alimentazione dei nostri dispositivi informatici mobili – e, forse, Presto.
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