mercoledì 25 marzo 2015

Batteria al polistirolo

I ricercatori della Purdue University, che potrebbero aver trovato una materia prima davvero insolita per la loro batteria ricaricabile: il polistirolo da imballaggio.
Trasformando il polistirolo in micro-fogli e nanoparticelle di carbonio, gli scienziati hanno ottenuto batterie ricaricabili con una capacità di memoria superiore a quella della grafite, il materiale più usato per la realizzazione degli anodi. La capacità di accumulare energia sarebbe superiore del 15%. L'obiettivo è quello di riuscire ad aprire la scoperta all'uso commerciale nel giro di due anni.

Si tratta di un approccio particolarmente interessante sia dal punto di vista economico (il polistirolo costa poco) sia da quello ecologico (materiali riciclati anziché dispersi nell'ambiente). Gli scienziati statunitensi hanno avuto l'idea dopo aver traslocato in un nuovo laboratorio: perché non utilizzare il polistirolo col quale erano stati imballati i loro strumenti?
Ogni batteria ha due elettrodi, un anodo ed un catodo: nelle moderne batterie al litio l'anodo è normalmente di grafite, ma gli scienziati statunitensi intendono invece utilizzare il polistirolo a questo scopo. Il materiale viene riscaldato tra i 500 e i 900 gradi in una fornace ad atmosfera inerte, in presenza di un sale metallico che agisce da catalizzatore. Il risultato di questa lavorazione viene poi utilizzato per la produzione dell'anodo.
"Sebbene il polistirolo da imballaggio sia utilizzato in tutto il mondo come una perfetta soluzione per le spedizioni, il materiale è notoriamente difficile da far decomporre, e soltanto il 10% circa viene riciclato", spiega il professor Vilas Pol, che ha guidato il gruppo di ricerca. "A causa della sua bassa densità, per la spedizione verso chi dovrebbe riciclarli servono grossi container, il che è costoso e non permette di fare grandi profitti".
Con questa metodologia il materiale può essere invece riciclato e sfruttato per la produzione di batterie ricaricabili, i cui anodi avrebbero particelle con minor resistenza elettrica e spessore 10 volte inferiori rispetto alle batterie attualmente in commercio. Questo le rende più veloci da ricaricare e capaci di immagazzinare più energia. "La performance elettrochimica a lungo termine di questi elettrodi è molto stabile", aggiunge Pol. "Abbiamo completato 300 cicli di ricarica, senza verificare una significativa perdita di capacità":



Il professor Vilas Pol, dell'Università di Purdue, ha iniziato a riflettere su come utilizzare il polistirolo da imballaggio quando s'è trovato a dover organizzare un nuovo laboratorio.

 
Ha così coinvolto il proprio team alla ricerca di nuovi usi per un materiale che, normalmente, viene gettato via.

Il polistirolo è un ottimo sostituto della grafite utilizzata normalmente per realizzare l'anodo nelle batterie agli ioni di litio, e in più il processo per arrivare a questo risultato è molto semplice.

Il professor Pol ha spiegato a Phys.org: «Le chips di polistirolo sono riscaldate a una temperatura tra i 500 e i 900 gradi Celsius in atmosfera inerte e in presenza o assenza di un catalizzatore a base di un metallo di transizione».

«Il processo» - aggiunge il professor Vinodkumare Etacheri - «è economico, non dannoso per l'ambiente e potenzialmente adatto per la produzione su larga scala».

Il materiale risultante permette di realizzare anodi che sono 10 volte più sottili di quelli attuali e hanno una resistenza elettrica molto minore, il che si traduce in tempi di ricarica molto più brevi; inoltre, le prestazioni superiori si mantengono anche dopo centinaia di cicli di carica/scarica.

«Questi elettrodi» - ha spiegato il professor Pol - «hanno mostrato prestazioni notevolmente maggiori per quanto riguarda la conservazione dell'energia rispetto agli anodi di grafite disponibili in commercio. Gli anodi realizzati a partire dalle chips per imballaggio hanno mostrato di avere una capacità specifica massima di 420 mAh/g, che è maggiore della capacità teorica della grafite (372 mAh/g)».

I test, condotti con 300 cicli di carica/scarica, non hanno evidenziato sostanziali perdite nella capacità delle batterie così realizzate e, secondo il professor Etacheri le prestazioni elettrochimiche sul lungo periodo sono molto stabili: il polistirolo e l'alternativa basata sull'amido si sono quindi dimostrati molto promettenti per la realizzazione di batterie ricaricabili agli ioni di sodio.

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