Evoluzione Batterie e fuel cell: arriva la sonda nanoscopica

nanosondaIl mondo delle tecnologie dei sistemi di accumulo di energia e delle celle a combustibile (fuel-cell) è chiamato ad un ulteriore sforzo di ricerca e sviluppo per dare un impulso definitivo alla decarbonizzazione dei sistemi. Uno sforzo fondamentale in un momento topico sia per il settore della mobilità, sostenendo la crescita del mercato delle auto elettriche ad un passo dalla definitiva consacrazione, e delle energie rinnovabili, per le più emergenti delle quali, come fotovoltaico ed eolico, si richiedono sistemi di accumulo sempre più compatti, efficienti e duraturi. Un contributo fondamentale, come abbiamo avuto modo di verificare in altri casi è quello sempre più determinante che ci arriva negli ultimi anni, dal mondo delle nanotecnologie.
Un contributo fondamentale per il miglioramento delle performance dei sistemi di accumulo, quello delle nanotecnologie, che consentono di entrate profondamente nel funzionamento interno dei sistemi di accumulo, visto che è proprio la scala nanoscopica, quella che presenta ancora numerosi punti oscuri, a causa delle variazioni spesso impercettibili che avvengono all’interno. E’ sufficiente infatti una minima fluttuazione dei parametri di funzionamento interni ai diversi sistemi di accumulo o un minuscolo difetto, a determinare un rapido decadimento delle prestazioni e dell’efficienza, portando ad una rapida degradazione dello stesso dispositivo di accumulo di energia.
In questo ambito arriva una nuova possibile soluzione, messa a punto da una équipe di ricercatori americani e cinesi, i quali hanno sviluppato una nanosonda in grado penetrare profondamente, facendo luce sulle reazioni chimiche che avvengono all’interno delle fuel cell e delle batterie. Si tratta di una tecnologia descritta sulla rivista Journal of Applied Physics pubblicata dall’American Institute of Physics (vedi link in calce al post).
Il nuovo sistema messo a punto è in grado di “percepire” il materiale, costruendo una mappa delle sue proprietà con una risoluzione nanometrica o ancora più precisa.
Il team di ricerca ha riscaldato la nuova nanosonda con corrente elettrica, causando una fluttuazione della temperatura e una sollecitazione del materiale sottostante, determinando il movimento di atomi e ioni, facendo così espandere e contrarre il materiale. Le vibrazioni così determinante nella sonda causate da questo movimento possono venire misurate con un fascio laser.

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Alla base della ricerca è il fatto che se in prossimità della punta della sonda si concentra una grande quantità di ioni o di altre particelle cariche il materiale subirà una deformazione, proprio come avviene quando un pezzo di legno viene a contatto con l’acqua. In questo modo il dispositivo è così in grado di identificare le concentrazioni di ioni e i difetti elettronici all’interno del circuito. Si tratta quindi di un approccio dai numerosi vantaggi rispetto ad altri tipi di microscopi atomici che sfruttano le perturbazioni elettriche, ma che hanno il limite di non riuscire ad isolare le risposte causate dai difetti elettronici o da variazioni nella concentrazione ionica.
Il team di ricerca ha già effettuato test del nuovo strumento su alcuni materiali utilizzati per la costruzione di fuel cell e di batterie agli ioni di litio. Il professor Jiangyu Li, docente di ingegneria meccanica della University of Washington di Seattle che ha partecipato allo spiega 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.

Sauro Secci

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