Acqua

Credito immagine: Texas A&M Engineering

A cura della redazione E&T

Pubblicato martedì 4 aprile 2023

I ricercatori della Texas A&M University hanno dimostrato che le batterie a base d’acqua potrebbero fornire un’alternativa più sicura ed efficiente alle batterie agli ioni di litio che contengono cobalto.

Questi nuovi tipi di batterie non solo ridurrebbero la dipendenza degli Stati Uniti dai paesi che esportano cobalto e litio, ma sarebbero anche in grado di prevenire gli incendi legati alle batterie.

"Non ci sarebbero più incendi delle batterie perché sono a base d'acqua", ha detto la professoressa di ingegneria chimica Dr. Jodie Lutkenhaus. "In futuro, se si prevede una carenza di materiali, il prezzo delle batterie agli ioni di litio aumenterà notevolmente.

"Se disponiamo di questa batteria alternativa, 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."

Le batterie a base d'acqua 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'immagazzinamento di energia attraverso le sue interazioni con l'elettrodo, e la recente ricerca del team indica che la scelta del materiale può essere cruciale.

"Se un elettrodo si gonfia troppo durante il ciclo, non può condurre molto bene gli elettroni e si perdono tutte le prestazioni", ha affermato Lutkenhaus. "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."

Gli scienziati affermano che le nuove batterie potrebbero essere realizzate con polimeri radicalici (elettrodi) redox-attivi e non coniugati. Tuttavia, la reazione è difficile da analizzare a causa del trasferimento simultaneo di elettroni, ioni e molecole d'acqua.

Per dimostrare questo metodo, i ricercatori hanno integrato gli esperimenti con simulazioni e analisi computazionali.

"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 in più stati di carica e vediamo come l'ambiente circostante risponde a questa carica", ha detto professore assistente di chimica Dr Daniel Tabor.

I ricercatori hanno osservato macroscopicamente se il catodo della batteria funzionava meglio in presenza di determinati tipi di sali, misurando esattamente quanta acqua e sale entrano nella batteria mentre è in funzione.

In caso di successo, le batterie a base d’acqua potrebbero diventare un’alternativa più sicura ai tipi di batterie in uso oggi. Un'altra opzione proposta è stata l'uso di batterie in gomma.

"Con questa nuova tecnologia di accumulo dell'energia, si tratta di un avanzamento 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 nel campo dei materiali." progettazione", ha aggiunto Tabor.

Secondo una ricerca pubblicata da Eunomia, le batterie agli ioni di litio sono responsabili di circa il 48% di tutti gli incendi di rifiuti – circa 700 all’anno – che si verificano nel Regno Unito ogni anno, costando agli operatori dei rifiuti, ai vigili del fuoco e all’ambiente circa 158 milioni di sterline all’anno.

I rapporti informali dell'organizzazione suggeriscono che il numero annuale di incendi di batterie potrebbe essere tre volte superiore alla stima di Eunomia, con centinaia di incendi in più che si verificano negli impianti di riciclaggio e di gestione dei rifiuti e nei veicoli di raccolta.

Nel luglio 2022, un enorme incendio in un grattacielo di Londra ha spinto i vigili del fuoco a emettere un avvertimento urgente sul rischio di incendi che coinvolgono le batterie al litio delle e-bike convertite.

Il progetto della batteria a base d’acqua è finanziato dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti e dalla National Science Foundation attraverso la Texas A&M Engineering Experiment Station. I risultati degli esperimenti sono stati pubblicati in un articolo su Nature Materials.