Torna la batteria di Edison, ma col grafene

Sicuramente il suo inventore, Thomas Edison, ne sarebbe orgoglioso: la batteria ricaricabile al ferro-nichel, ideata oltre cento anni fa, potrebbe tornare in auge grazie ai miglioramenti tecnologici apportati dagli scienziati dell’Università di Stanford, in California, che hanno ridotto di mille volte i tempi di caricamento.

Il punto debole dell’invenzione di Edison, infatti, è l’eccessiva lentezza nei tempi di ricarica, soprattutto se comparati con quelli delle moderne batterie agli ioni di litio. Ora, però, le nuove conoscenze nel campo della chimica dei materiali e delle nanotecnologie permetterebbero di ridurre considerevolmente questo svantaggio. Nel loro studio, pubblicato su Nature Communications, gli scienziati hanno utilizzato nuove tecniche per combinare tra loro gli elementi chimici della batteria: nel prototipo occorrono appena due minuti per il caricamento e trenta secondi per lo scaricamento.

Nel progetto originale di Edison, la batteria è composta di due elettrodi, un anodo in ferro e un catodo in nichel, a bagno in una soluzione alcalina. Viene utilizzato poi del carbonio per aumentare la conduttività degli elettrodi. È su questo punto che si sono concentrati gli sforzi dei ricercatori, che hanno pensato di ricorrere al grafene.

L’équipe di Stanford ha utilizzato fogli sottilissimi di questo materiale, dello spessore pari al diametro di un atomo, e nanotubi di carbonio: “Negli elettrodi convenzionali, i produttori si limitano a mescolare ferro e nichel con il carbonio; noi, invece, abbiamo fatto depositare cristalli di ossido di ferro sul grafene e cristalli di idrossido di nichel sui nanotubi di carbonio”, ha spiegato Hailiang Wang, principale autore dello studio. Questa tecnica fa sì che si stabilisca un legame chimico molto forte tra le particelle dei due metalli e il carbonio, che si traduce in un grande miglioramento in termini di prestazioni: “Accoppiare le particelle di nichel e ferro con il substrato di carbonio permette alle cariche elettriche di muoversi molto velocemente tra gli elettrodi e il circuito esterno”, sottolinea infatti il ricercatore. Il risultato è questa versione superveloce della batteria convenzionale al ferro-nichel.

Il prototipo realizzato è da appena un volt e può alimentare il flash di una macchinetta fotografica, ma lascia immaginare molte applicazioni, prima fra tutte l’alimentazione di mezzi di trasporto. “Combinata con quelle agli ioni di litio attualmente utilizzate sulle vetture elettriche, la nostra batteria potrà fornire energia supplementare per accelerazioni rapide e ricaricarsi in tempi brevi sfruttando il calore prodotto dai freni”, ha detto Wang. Inoltre, nichel, ferro e carbonio sono materiali relativamente poco costosi e molto sicuri, il che rende la batteria un prodotto molto appetibile per le industrie. L’unico punto debole sembra essere la capacità di mantenere le prestazioni nel tempo: “Perde il 20 per cento di efficienza in 800 cicli di caricamento e scaricamento. È ancora troppo. Idealmente, vorremmo tenere le prestazioni sempre al massimo”, ha concluso Wang. C’è da scommettere che i ricercatori continueranno nel loro lavoro. Ed Edison avrà ancora di che esultare.

Credit per l’immagine: Wikipedia