La svolta nella tensione apre la strada a batterie sicure e convenienti

Ricerca pubblicata su una prestigiosa rivista Giornale dell'American Chemical SocietyHa dimostrato un modo per migliorare la tensione delle batterie acquose agli ioni di zinco, un tipo di batteria ricaricabile che contiene un elettrolita acqua.

Lo sono i ricercatori della QUT University coinvolti nello studio Il professor Ziqi Sun, Professore associato Dongchen QiFan Zhang della Facoltà di Chimica e Fisica, Il professor Ting Liao E Il professor Cheng Yan Dalla Facoltà di Ingegneria Meccanica, Medica e di Processo Dottor Aaron Micallef Dal Centro Centrale di Ricerca Analitica.

Professor Ziqi Sun, da QUT Scuola di Chimica e Fisica E Centro di scienza dei materialiHa detto che le batterie ad acqua vengono utilizzate da più di cento anni, principalmente come batterie non ricaricabili.

“Migliorare la bassa tensione delle batterie acquose ricaricabili è uno dei maggiori ostacoli alla loro implementazione su vasta scala per molti usi”, ha affermato il professor Sun.

“Nelle comuni batterie ricaricabili, gli elettroliti organici vengono utilizzati per riempire lo spazio tra l’anodo e il catodo, sono costosi e, soprattutto, altamente infiammabili.

“L’uso di elettroliti acquosi può risolvere il problema della sicurezza delle batterie agli ioni di litio, poiché gli elettroliti acquosi sono molto più economici e sicuri.

“Ma l’utilizzo dell’elettrolita acquoso nelle batterie ricaricabili è molto impegnativo.

“A causa del basso voltaggio dell’acqua (1,23 V), le batterie idroelettriche hanno tipicamente una finestra di basso voltaggio e quindi una bassa densità di energia – il che significa prestazioni inferiori della batteria rispetto alle normali batterie organiche ricaricabili.”

Un'altra sfida è aumentare la tensione della finestra di 1,23 volt utilizzando un elettrolita acquoso, ha affermato Fan Zhang, primo autore del documento di ricerca.

“Se la tensione applicata è superiore a 1,23 volt, verrà generato idrogeno che porterà al rigonfiamento della batteria e alla possibile esplosione”, ha detto Zhang.

Il professor Sun ha affermato che i ricercatori hanno trovato un modo per aumentare la tensione in una batteria acquosa di zinco evitando l’accumulo di idrogeno potenzialmente pericoloso. Questo metodo è stato ispirato dalla teoria di Marcuse del trasferimento di elettroni intermolecolari in soluzione, che ha portato Rudolf Marcus a ricevere il Premio Nobel.

“Nel nostro lavoro, abbiamo applicato un composto organico chiamato catecolo all’elettrolita acquoso di solfato di zinco, che cambia il modello di trasferimento degli elettroni dal normale trasferimento di campo interno nell’elettrolita al modello di trasferimento di campo esterno.

“In termini semplici, ciò significa che il composto del catecolo trasferisce un elettrone allo ione zinco, rendendo le molecole d’acqua più stabili e controllando la reazione dell’idrogeno potenzialmente pericolosa”.

Il professor Sun ha affermato che la ricerca rappresenta un passo avanti verso l’aumento dell’uso di batterie acquose a base di zinco, che hanno già dimostrato di avere diversi vantaggi chiave.

Gli ioni di zinco hanno una carica doppia rispetto agli ioni di litio, il che significa il doppio dell'energia. Le batterie possono anche essere più piccole, caricarsi più velocemente e avere un ciclo di ricarica molto più lungo.

“Il meccanismo di trasferimento degli elettroni nel campo esterno ci fornisce un nuovo modo di progettare elettroliti acquosi ad alta tensione”, ha affermato il professor Sun.

“L’utilizzo di questo nuovo tipo di elettrolita acquoso raddoppia la finestra di tensione e migliora le prestazioni complessive della batteria da 1,5 a tre volte rispetto ai normali elettroliti acquosi.

“Si tratta di un grande passo avanti per le batterie ad acqua ricaricabili per la produzione industriale”.