Notizie sulla batteria oggi

La tecnologia delle batterie continua ad avanzare a passi da gigante. L’ultima tendenza sono le batterie ad acqua e idrogeno che durano più a lungo e costano meno.

Di

Pubblicato

La ricerca di batterie più durature, più potenti e meno costose è in corso nei laboratori di tutto il mondo. La batteria agli ioni di litio è una cosa meravigliosa, ma impiega troppo tempo per caricarsi, la sua densità di energia è troppo bassa ed è incline a prendere fuoco. Come se ciò non bastasse, fa affidamento anche su materie prime di cui il mondo semplicemente non ne ha abbastanza, secondo Carlos Tavares, amministratore delegato di Stellantis.

La maggior parte di noi sa abbastanza delle batterie per parlarne in termini generali – ci sono NMC e LFP, per esempio – ma nei laboratori di tutto il mondo le batterie vengono realizzate utilizzando tutti i tipi di materiali diversi. Alla Texas A&M, i ricercatori stanno esplorando l’uso di elettrodi a base d’acqua che eliminerebbero la necessità di cobalto e litio, due materiali attualmente ottenuti principalmente da fonti al di fuori degli Stati Uniti.

La professoressa di ingegneria chimica della Texas A&M Jodie Lutkenhaus e il professore assistente di chimica Daniel Tabor hanno pubblicato le loro scoperte sulle batterie prive di litio su Nature Materials in un articolo con questo titolo accattivante: "Il ruolo dell'elettrolita nei polimeri radicali non coniugati per elettrodi di accumulo di energia."

In astratto, dicono i ricercatori, "i polimeri radicalici non coniugati Redox-attivi sono candidati promettenti per batterie acquose prive di metalli a causa dell'elevata tensione di scarica dei polimeri e della rapida cinetica redox. Tuttavia, si sa poco riguardo al meccanismo di accumulo dell'energia di questi polimeri in un ambiente acquoso. La reazione stessa è complessa e difficile da risolvere a causa del trasferimento simultaneo di elettroni, ioni e molecole d'acqua... Sorprendentemente, la capacità può variare fino al 1.000% a seconda dell'elettrolita, in cui alcuni gli ioni consentono una migliore cinetica, una maggiore capacità e una maggiore stabilità del ciclo."

In un post sul blog della Texas A&M, Lutkenhaus ha affermato: "Non ci sarebbero più incendi delle batterie perché sono a base d'acqua. In futuro, se si prevede una carenza di materiali, il prezzo delle batterie agli ioni di litio aumenterà notevolmente. Se abbiamo questa alternativa batterie, possiamo rivolgerci a questa chimica, dove la fornitura è molto più stabile perché possiamo produrle qui negli Stati Uniti e i materiali per realizzarle sono qui."

Ha spiegato che le batterie acquose sono costituite da un catodo, un elettrolita e un anodo. I catodi e gli anodi sono polimeri in grado di immagazzinare energia e l'elettrolita è acqua mescolata con sali organici. L'elettrolita è fondamentale per la conduzione ionica e l'accumulo di energia attraverso le sue interazioni con l'elettrodo. "Se un elettrodo si gonfia troppo durante il ciclo, non può condurre molto bene gli elettroni e si perdono tutte le prestazioni. Credo che ci sia una differenza del 1.000% nella capacità di immagazzinamento dell'energia, a seconda dell'elettrolita scelto a causa degli effetti di rigonfiamento. "

Secondo il loro articolo, i polimeri radicalici (elettrodi) redox-attivi e non coniugati sono candidati promettenti per batterie acquose prive di metalli a causa dell'elevata tensione di scarica dei polimeri e della rapida cinetica redox. La reazione è complessa e difficile da risolvere a causa del trasferimento simultaneo di elettroni, ioni e molecole d'acqua.

"La teoria e l'esperimento spesso lavorano a stretto contatto per comprendere questi materiali. Una delle nuove cose che facciamo a livello computazionale in questo articolo è che carichiamo effettivamente l'elettrodo a più stati di carica e vediamo come l'ambiente circostante risponde a questa carica," Tabor disse.

"Vorremmo espandere le nostre simulazioni a sistemi futuri. Avevamo bisogno di confermare la nostra teoria su quali sono le forze che guidano quel tipo di iniezione di acqua e solvente", ha aggiunto. "Con questa nuova tecnologia di accumulo dell'energia, si tratta di un passo avanti verso le batterie prive di litio. Abbiamo un quadro migliore a livello molecolare di ciò che fa sì che alcuni elettrodi delle batterie funzionino meglio di altri, e questo ci fornisce una prova evidente di dove andare avanti nella progettazione dei materiali ."