Batterie ad aria allo stato solido: una novità davvero rivoluzionaria
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Un team di ricercatori presso l’Università di Waseda ha condotto un esperimento sulla viabilità di una batteria ricaricabile che funziona all’aria, utilizzando molecole organiche come componente per l’elettrodo negativo e Nafion come elettrolita solido.
Il settore dello stoccaggio dell’energia è costantemente alla ricerca di dispositivi che combinino una capacità elevata, una lunga durata, costi ridotti e un’alta compatibilità ambientale. Oggi, grazie al lavoro svolto da un gruppo di scienziati dell’Università di Waseda in Giappone, potremmo essere un passo più vicini a raggiungere un compromesso promettente in questa direzione, grazie alle nuove batterie ad aria allo stato solido.
Batterie ad aria: cosa sono e come funzionano
Le batterie ad aria sono dispositivi che sfruttano l’ossigeno presente nell’ambiente come materiale attivo nell’elettrodo positivo e utilizzano metalli come litio, alluminio o zinco per gli elettrodi negativi, insieme a elettroliti liquidi.
Queste batterie hanno suscitato l’interesse della comunità scientifica grazie alla loro elevata energia specifica teorica, che raggiunge i 11.140 Wh/kg, e alla capacità massima di 1100 mAh/g. Tuttavia, le versioni attualmente studiate, come le batterie Li-aria o Zn-aria, presentano sfide intrinseche legate all’elevata resistenza ohmica e alla formazione incontrollata di dendriti, che influiscono negativamente sulle prestazioni complessive della batteria. Inoltre, queste batterie hanno anche un notevole impatto ambientale.
È per questo motivo che negli ultimi anni si è cercato di sostituire i metalli con molecole organiche redox-attive a base di chinone o ammina. Sulla carta, questa soluzione sembra molto promettente: una batteria ad aria con molecole organiche può raggiungere una capacità massima di oltre 200 mAh/g e mantenere stabile le sue prestazioni per oltre 60.000 cicli di carica/scarica.
In altre parole, i problemi legati alla formazione di dendriti e all’impatto ambientale vengono superati. Tuttavia, rimangono alcune preoccupazioni riguardo alla sicurezza, come l’elevata resistenza elettrica e la potenziale infiammabilità di queste batterie.
Batterie allo stato solido: i dettagli dello studio
In una recente ricerca pubblicata su Angewandte Chemie International Edition, un gruppo di scienziati guidati dal professor Kenji Miyatake ha sviluppato una batteria innovativa ad aria a stato solido (SSAB) e ha valutato le sue capacità e la sua durata.
Per questo scopo, i ricercatori hanno selezionato una sostanza chimica chiamata 2,5-diidrossi-1,4-benzochinone (DHBQ) e il suo polimero PDBM come materiali attivi per l’elettrodo negativo, poiché mostrano reazioni redox stabili e reversibili in condizioni acide.
Inoltre, hanno utilizzato un polimero conduttore di protoni chiamato Nafion come elettrolita solido. Miyatake ha spiegato che, secondo la sua conoscenza, non sono ancora state sviluppate batterie ad aria che utilizzino elettrodi organici ed elettroliti polimerici solidi.
Nel corso dello studio, il team ha condotto esperimenti per valutare le prestazioni di carica e scarica, la velocità di reazione e la ciclabilità della batteria SSAB. I risultati hanno mostrato che, a differenza delle tradizionali batterie aria-metallo, la SSAB non si deteriora in presenza di acqua e ossigeno.
Sebbene sia ancora nelle fasi iniziali, questa ricerca apre nuove possibilità per le batterie ricaricabili. Miyatake ha affermato che questa tecnologia potrebbe prolungare la durata della batteria dei dispositivi elettronici portatili come gli smartphone e contribuire alla creazione di una società priva di emissioni di carbonio.
