Batterie zinco-aria, una ricerca dell’università di Stanford

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Un gruppo di ricercatori dell’universita di Stanford ha sviluppato una batteria zinco-aria caratterizzata da una attività catalitica e da una robustezza maggiori di quelle delle batterie realizzate con i costosi catalizzatori al platino e all’iridio. Il risultato del progetto di ricerca prepara il terreno allo sviluppo di alternative a basso costo alle convenzionali batterie agli ioni di litio largamente utilizzate oggi.

Hongjie Dai, professore di chimica presso l’università di Stanford e principale responsabile del progetto di ricerca, ha dichiarato: “Vi è sempre stata una crescente domanda per batterie ad alte prestazioni, economiche e sicure per i dispositivi portatili, i veicoli elettrici e altre applicazioni di stoccaggio di energia. Le batterie metallo-aria offrono una possibile soluzione a basso costo”. Il professore osserva come la maggior parte dell’attenzione si sia concentrata sulle batterie agli ioni di litio, nonostante la limitata densità di energia, i costi elevati e qualche problema di sicurezza. “Con un’ampia disponibilità di ossigeno dall’atmosfera, le batterie metallo-aria hanno drasticamente innalzato la teorica densità di energia rispetto alle tradizionali batterie. Tra queste, l’abbinamento zinco-aria è tecnicamente ed economicamente l’opzione più percorribile” ha affermato Dai. Le batterie zinco-aria combinano l’ossigeno dell’atmosfera e il metallo in un elettrolita alcalino liquido per generare corrente elettrica con ossido di zinco come sottoprodotto. Quando il processo è invertito durante la ricarica, ossigeno e metallo vengono rigenerati.

“Le batterie zinco-aria sono interessanti per l’abbondanza e il basso costo di zinco, oltre per la natura non infiammabile degli elettroliti acquosi, i quali rendono le batterie inerentemente sicure”, ha affermato Dai. “Batterie primarie zinco-aria non ricaricabili sono state commercializzate per applicazioni nel campo medico e delle telecomunicazioni con una densità energetica limitata. Rimane tuttavia una grande sfida realizzare batterie ricaricabili elettricamente, in quanto ci sono degli scogli da superare come l’assenza di catalizzatori ad aria robusti ed efficienti, così come un ciclo di vita degli elettrodi di zinco limitato”. Sono richieste elettrocatalisi attive e prolungate sull’elettrodo d’aria per catalizzare la reazione alla riduzione dell’ossigeno durante la scarica e il processo inverso durante la ricarica. Nelle batterie zinco-aria, entrambe le reazioni catalitiche sono lente, secondo Dai. Il suo gruppo di lavoro ha però sviluppato diversi elettrocatalizzatori ad alte prestazioni fatti con ossido di metallo non prezioso o nanocristalli ibridati con nanotubi di carbonio. Questi catalizzatori hanno prodotto un’attività catalitica e una durata superiori negli elettroliti alcalini rispetto ai catalizzatori a base di platino e altri metalli preziosi. “Abbiamo riscontato che catalizzatori simili aumentano enormemente le prestazioni delle batterie ricaricabili zinco-aria”, ha affermato Dai. “Una combinazione di un catalizzatore di ossido di cobalto e aria per la riduzione dell’ossigeno e di un catalizzatore di idrossido di nichel-ferro e aria per il processo inverso hanno portato a un record di efficienza per le batterie zinco-aria, con una densità energetica specifica più che doppia rispetto alla tecnologia agli ioni di litio”. La nuova batteria ha anche dimostrato una buona reversibilità e stabilità nel corso di cicli di carica e scarica durati diverse settimane. “Questo lavoro potrebbe essere un passo importante verso lo sviluppo di batterie zinco-aria ricaricabili davvero utilizzabili, anche se devono ancora essere affrontate con successo altre sfide riguardanti l’elettrodo di zinco e l’elettrolita”, ha concluso il ricercatore.

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