Batterie e fuel cell più efficienti grazie a sonda nanoscopica. Scritto da Rossana Andreato (03-06-16).

Dal 1799 anno in cui Alessandro Volta inventò la prima pila le batterie hanno compiuto passi da gigante. Per sostenere la crescita del mercato delle auto elettriche e delle energie rinnovabili occorrerà compiere un ulteriore balzo perché occorrono sistemi di accumulo sempre più compatti, resistenti all’usura ed efficienti. La ricerca negli ultimi anni si sta concentrando sulle nanotecnologie.

I meccanismi che regolano i sistemi di accumulo in scala nanoscopica presentano ancora numerosi punti oscuri, a causa delle variazioni spesso impercettibili che avvengono all’interno. Anche una minima fluttuazione e un minuscolo difetto possono incidere sull’efficienza del dispositivo o portare a una rapida degradazione della batteria.

Gli scienziati hanno riscaldato la sonda con la corrente elettrica, causando una fluttuazione della temperatura e una sollecitazione del materiale sottostante. Gli atomi e gli ioni hanno iniziato a muoversi, facendo espandere e contrarre il materiale. Le vibrazioni della sonda causate da questo movimento possono essere misurate con un fascio laser.Un’équipe di ricercatori americani e cinesi ha sviluppato una nanosonda in grado di far luce sulle reazioni chimiche che avvengono all’interno delle fuel cell e delle batterie. La tecnologia è stata descritta sulla rivista Journal of Applied Physics pubblicata dall’American Institute of Physics. Lo strumento è in grado di “percepire” il materiale e costruire una mappa delle sue proprietà con una risoluzione nanometrica o ancora più piccola.

Se in prossimità della punta della sonda si concentra una grande quantità di ioni o di altre particelle cariche il materiale si deformerà, proprio come avviene quando un pezzo di legno viene a contatto con l’acqua. Il dispositivo è così in grado di identificare le concentrazioni di ioni e i difetti elettronici all’interno del circuito. Questo approccio presenta diversi vantaggi rispetto ad altri tipi di microscopi atomici che sfruttano le perturbazioni elettriche, ma non riescono a isolare le risposte causate dai difetti elettronici o da variazioni nella concentrazione ionica.

Il professor Li ha spiegato che la misurazione più accurata delle proprietà dei materiali permetterà di ridurre i difetti dei dispositivi e di sviluppare nuove tecnologie per l’accumulo più performanti.I ricercatori hanno già testato il nuovo strumento su alcuni materiali usati per costruire le fuel cell e le batterie agli ioni di litio. A illustrare le potenzialità del dispositivo è il professor Jiangyu Li, un docente di ingegneria meccanica della University of Washington di Seattle che ha partecipato allo studio.

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