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cambridge-silicon-batteriesIl futuro delle energie rinnovabili dipende in parte dall'evoluzione che avranno le batterie e i sistemi di accumulo.

Questi ultimi garantiranno di immagazzinare l'energia prodotta per utilizzarla nei momenti di scarsa produzione. Al lavoro su questo fronte anche i ricercatori dell'Università di Cambridge, che hanno messo a punto una nuova tecnica di simulazione in grado di predire in modo affidabile la struttura e il comportamento di materiali diversi, al fine di accelerare lo sviluppo di batterie di nuova generazione per una vasta gamma di applicazioni.

Gli scienziati del Cavendish Laboratory e del Dipartimento di Chimica, stanno mettendo a punto nuovi metodi per comprendere le complesse interazioni che avvengono all'interno delle batterie al litio, per individuare i migliori materiali per renderle batterie più efficienti e allungarne la durata.

Al loro fianco un software capace di prevedere le caratteristiche dei materiali prima di sintetizzarli al fine di orientare in maniera più accurata gli esperimenti. In questo modo, i ricercatori hanno previsto con successo le strutture di una serie di siliciuri di litio, un passo importante nella comprensione delle batterie fatte di silicio, e hanno anche previsto nuove strutture per una nuova batteria basata sul germanio.

Il mercato delle batterie agli ioni di litio è grande e in rapida crescita. Tuttavia, per molte applicazioni di nuova generazione, come i veicoli elettrici e l'elettronica di consumo a lunga durata, sono necessarie batterie di più piccole dimensioni ma più efficienti e caratterizzata da una carica veloce.

Il silicio è stato proposto come un sostituto per il carbonio in anodi di batterie, o elettrodi positivi, negli ultimi 20 anni. La maggior parte degli anodi moderni sono a base di grafite, ma il silicio ha circa dieci volte la capacità di memorizzazione, e a sua volta espande notevolmente la capacità delle batterie utilizzate attualmente nei telefoni cellulari e nei veicoli elettrici. Tuttavia, la difficoltà a gestire le proprietà del silicio ha impedito l'applicazione della tecnologia su vasta scala.

Per eseguire le loro previsioni, le ricerche hanno usato un metodo chiamato AIRSS (Ab Initio Random Structure Searching), sviluppato da uno degli autori, il prof. Chris Pickard dell'University College di Londra, insieme al prof. Richard Needs del Cavendish Laboratory. Partendo da una raccolta casuale di atomi, AIRSS è in grado di predire la struttura cristallina dei materiali che li formeranno utilizzando solo la meccanica quantistica.

È sempre emozionante quando si è in grado di prevedere con successo qualcosa, ma è particolarmente gratificante predire qualcosa che è veramente utile”, ha detto il dottor Andrew Morris del Cavendish Laboratory dell'Università, autore principale dello studio.

Batterie più efficienti potrebbero potenzialmente rivoluzionare un certo numero di settori: ad esempio, permettendo alla batteria di un'auto elettrica di ricaricarsi nello stesso lasso di tempo necessario a fare un pieno di benzina, o ancora permettendo all'energia generata da fonti rinnovabili di essere conservata per il maggior tempo possibile.

Le varie strutture che i ricercatori hanno previsto per il siliciuro di litio hanno dimostrato di essere stabili in esperimenti fisici.

La ricerca è stata finanziata dal Winton Programme for the Physics of Sustainability and the Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC).

Francesca Mancuso

Foto: University of Cambridge

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