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Passato ormai qualche mese di inattività. Ho aperto questo blog a gennaio di 3 anni fa, per cui questo è il terzo anniversario, come ricordato dalla piattaforma stessa.

Il blog non è chiuso. Però… dove sta il tasto Pubblica? Trovato! A presto.

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La batteria di vetro proposta da Goodenough

Le batterie sono uno degli elementi principali nella transizione dall’energia fossile a quella elettrica. Le batterie agli ioni di litio che si trovano in cellulari e computer di ogni tipo. Hanno buone performance ma vengono con diversi svantaggi:

  • tempi di ricarica
  • elementi difficilmente riciclabili
  • pericolo di esplosione

La batteria proposta da Goodenough sembra eliminare tutti questi problemi migliorando allo stesso tempo le prestazioni. Si parla di una densità di carica almeno 3 volte superiore e un numero di cicli di ricarica ≈1200, superiore rispetto alla batteria agli ioni di litio. Inoltre le batterie di vetro non avendo componenti liquide possono funzionare in ambienti ostili con temperature fino a -20°C.

Schema di una batteria agli ioni di litio:

batteria agli ioni di litio

Gli e migrano dall’anodo verso il catodo dando origine ad una corrente di verso opposto. Gli ioni Li+ migrano nello stesso verso attraverso la membrana di separazione per via di un gradiente elettrochimico.

Il problema maggiore riguarda la formazione di dendriti cioè prolungamenti metallici che possono cortocircuitare la batteria dando luogo a esplosioni o incendi. Il catodo delle batterie al litio è fatto di materiali come l’ossido di cobalto con un importante impatto ambientale.

Schema di una batteria di vetro:

batteria goodenough

Nel caso delle batterie studiate da Goodenough l’idea di base è quella di sostituire l’elettrolita liquido e la membrata separatrice con un mezzo solido in grado di evitare la formazione di dendriti.

Viene utilizzato un vetro drogato con atomi metallici per permettere il passaggio degli ioni Na+. Gli elettrodi vengono sostituiti: anodo fatto di metallo puro (Na) e il catodo di rame (Na disposto in superficie). Goodenough ha specificato che l’energia di Fermi dell’anodo è superiore a quella del catodo pertanto vi è un gradiente dovuto a diversi livelli nell’Energia di Fermi (simile a gradiente elettrochimico) in grado di trasportare gli ioni Na+ durante la scarica.

Luminosità delle stelle vicine al Sistema Solare. Magnitudine assoluta e apparente.

La magnitudo misura la luminosità dei corpi celesti, in questo caso particolare delle stelle. La magnitudine assoluta è la magnitudine apparente che una stella avrebbe se osservata da una distanza di 10 Parsec (≈32,5 a.l.). Più la magnitudine di una stella è bassa più questa sarà luminosa.

stelle-magnitudine-assoluta

Rappresentazione delle stelle lontane massimo 15 Parsec, all’incirca 50 anni luce. Il Sole ha una magnitudine assoluta uguale all’incirca alla media delle stelle vicine.

Nane brune, non considerate nel grafico, possono essere trovate per valori superiori a 10 di magnitudine.

magnitudine-apparente

L’asse verticale è centrato in basso a sinistra sul Sole con una magnitudine apparente di ≈-26. L’asse orizzontale indica il limite per l’osservazione a occhio nudo pari a ≈6.

Come mai le stelle sono così poche nelle vicinanze del Sole? In realtà la densità delle stelle non varia di molto. E’ normale che la distribuzione cresca esponenzialmente. Immaginando una sfera all’aumentare del suo raggio il volume a disposizione delle stelle varia con il cubo della distanza percorsa.

magnitudine-apparente-vs-assoluta

Non considerando il Sole, per il campione di stelle osservato si nota una discreta proporzionalità tra i due tipi di magnitudine. Linearità che non vale per stelle molto luminose e lontane.

 

La radiazione durante un volo ed eventuali rischi per l’uomo

Magnetosfera e Atmosfera terrestre sono in grado di bloccare la maggior parte delle particelle cosmiche. Nel caso di alcune estremamente energetiche a seguito dell’interazione con le molecole di O2 e N2  dell’atmosfera si generano reazioni a catena in grado di raggiungere anche quote basse interessate da attività umane.

La Stazione Spaziale Internazionale ma anche i futuri viaggi interplanetari dovranno tenere conto della radiazione solare e cosmica. In questi casi gli astronauti, in assenza della protezione atmosferica, sono esposti per mesi alla radiazione per cui bisogna ricreare scudi artificiali in sostituzione dell’atmosfera terrestre.

Nell’ambito dell’aviazione l’influenza negativa di questa radiazione è limitata. Si osserva un massimo all’incirca a 18000 metri (massimo di Pfotzer) per poi scendere rapidamente per quote più basse. Un aereo di linea vola all’incirca a 10.000-11.000 metri.

La radiazione interessa maggiormente le regioni polari e aumenta con la quota. Radiazione quote 5000, 1000 e 15000 metri. MicroSievert per ora di esposizione:

Per un passeggero che vola solo occasionalmente il rischio di avere un danno legato a questo tipo di radiazione è molto basso. Diventa invece un problema per piloti e personale di bordo che trascorrono molte più ore in quota.

Bisognerà quindi monitorare l’esposizione del personale di bordo e limitare questo rischio. Al momento l’unica cosa che si può fare consiste nel monitorare zone a più alto rischio di esposizione vietando in particolari casi il transito degli aerei. Si studiano per il futuro strumenti (ispirati al TEPC Tissue Equivalent Proportional Counter) da montare a bordo degli aerei in grado di misurare le dosi assorbite dagli esseri umani. Le due soluzioni studiate dalla NASA sono rispettivamente: RaySure detector e Teledyne TID detector.

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Approfondimenti:
NASA website