Dalla Rice University batterie in forma di nanocavi

Un gruppo di ricercatori della Rice University è stato in grado di realizzare una batteria funzionante agli ioni di litio sotto forma di un nanocavo: si tratta di un'interessante punto di partenza per la realizzazione di dispositivi ricaricabili in grado di fornire energia ai dispositivi nanoelettronici.

Nella pubblicazione sulla rivista Nano Letters della American Chemical Society, i ricercatori hanno descritto la sperimentazione condotta con due versioni di un dispositivo ibrido batteria/supercondensatore. Nel primo caso si tratta di un "sandwich" con anodo in nickel/stagno, elettrolita in poliossietilene (PEO) e catodo in polianilina. Questo dispositivo è stato realizzato per provare il transito efficiente degli ioni di litio dall'anodo all'ellettrolita e quindi al catodo, similmente a quanto avviene in un supercondensatore che conserva gli ioni e ha la capacità di caricarsi e scaricarsi rapidamente.

Il secondo dispositivo accorpa tutte queste caratteristiche in un singolo nanocavo. Il gruppo di ricercatori ha realizzato un array nell'ordine di grandezza del centimetro, contenente migliaia di nanocavi ciascuno con una larghezza di circa 150 nanometri.

Il gruppo di ricercatori si è basato su un progetto di ricerca già condotto in passato ed illustrato lo scorso mese di dicembre, quando essi stessi hanno spiegato i metodi impiegati per realizzare nanobatterie tridimensionali. Nel progetto illustrato a dicembre i ricercatori hanno rivestito array verticali di nanocavi di nickel/stagno con PMMA o polimetilmetacrilato, un polimero ampiamente utilizzato e più noto con il nome di plexiglas, che funge sia da elettrolita, sia da isolante. I ricercatori hanno fatto crescere i nanocavi mediante elettrodeposizione in un template di ossido di alluminio anodizzato su un substrato di rame. I ricercatori hanno quindi allargato i pori del template con una tecnica di incisione chimica che ha creato uno spazio tra i cavi e l'ossido di alluminio e hanno quindi colato il PMMA per creare una guaina omogenea. Un bagno chimico ha quindi rimosso il template lasciando una "foresta" di nanocavi rivestiti dall'elettrolita. In questo modello di batteria il nanocavo di nickel/stagno fungeva da anodo, ma il catodo doveva essere collegato all'esterno.

Il nuovo processo messo a punto dai ricercatori della Rice University si ispira a quanto appena illustrato e prevede inoltre l'integrazione del catodo nel nanocavo. Il poliossietilene è stato utilizzato come elettrolita in forma di gel e funge anche da isolante elettrico tra i nanocavi dell'array. Dopo numerosi test i ricercatori hanno individuato, per il catodo, un polimero conosciuto come PANI o polianilina, che nel processo viene collocato al di sopra del nanocavo di nickel/stagno e anch'esso rivestito da una guaina di PEO. Un collettore di corrente in alluminio posto sulla sommità dell'array completa il circuito.

Le batterie sperimentali così realizzate hanno uno spessore di 50 micron anche se è possibile, almeno in linea teorica, realizzare anche batterie di maggior lunghezza a seconda di quanto consentito dal template, permettendo così di scalarne le prestazioni. La ricerca si sta ora concentrando sulla messa a punto dei materiali impiegati così da migliorare la capacità di carica e scarica del dispositivo, che con l'esemplare realizzato si deteriora considerevolmente dopo circa 20 cicli.