La batteria allo zinco-iodio con un'eccezionale stabilità è ora una realtà
I ricercatori dell'Università di Adelaide hanno sviluppato un nuovo elettrodo a secco per batterie acquose che fornisce catodi con prestazioni più che doppie rispetto alle batterie allo iodio e agli ioni di litio.
"Abbiamo sviluppato una nuova tecnica di elettrodo per le batterie zinco-iodio che evita la tradizionale miscelazione a umido dello iodio", ha dichiarato il professor Shizhang Qiao dell'Università di Adelaide, titolare della cattedra di nanotecnologia e direttore del Centro per i materiali nell'energia e nella catalisi, presso la Scuola di ingegneria chimica, che ha guidato il team.
"Abbiamo mescolato i materiali attivi sotto forma di polveri secche e li abbiamo arrotolati in elettrodi spessi e autoportanti.
"Allo stesso tempo, abbiamo aggiunto all'elettrolita una piccola quantità di una sostanza chimica semplice, chiamata 1,3,5-triossano, che durante la carica si trasforma in una pellicola protettiva flessibile sulla superficie dello zinco.
"Questa pellicola impedisce allo zinco di formare dendriti appuntite - strutture simili ad aghi che possono formarsi sulla superficie dell'anodo di zinco durante la carica e la scarica - che possono mandare in cortocircuito la batteria".
Le batterie acquose zinco-iodio offrono vantaggi ineguagliabili in termini di sicurezza, sostenibilità e costi per lo stoccaggio su scala di rete, ma soffrono di problemi di prestazioni rispetto alle batterie agli ioni di litio.
Il team ha pubblicato i risultati sulla rivista Joule.
"La nuova tecnica di preparazione degli elettrodi ha permesso di ottenere un carico record di 100 mg di materiale attivo per cm2", ha dichiarato Han Wu, ricercatore associato della Scuola di Ingegneria Chimica dell'Università di Adelaide, del team che ha lavorato allo studio.
"Dopo aver caricato le celle a sacchetto che abbiamo realizzato utilizzando i nuovi elettrodi, queste hanno mantenuto l'88,6% della loro capacità dopo 750 cicli e le celle a moneta hanno mantenuto quasi il 99,8% della capacità dopo 500 cicli".
"Abbiamo osservato direttamente come si forma la pellicola protettiva sullo zinco utilizzando misure all'infrarosso di sincrotrone".
L'elevato carico di iodio e la robusta interfaccia con lo zinco consentono di immagazzinare molta più energia in ogni batteria, con un peso e un costo inferiori. Questo potrebbe avvicinare le batterie zinco-iodio all'uso reale per lo stoccaggio su larga scala o in rete.
L'invenzione del team presenta diversi vantaggi rispetto alla tecnologia delle batterie esistenti:
- Maggiore capacità: gli elettrodi a secco contengono più materiale attivo rispetto a quelli lavorati a umido, che in genere non raggiungono i 2 mA h cm-2.
- Minore autoscarica e perdita di navetta: gli elettrodi a secco densi riducono la fuoriuscita di iodio nell'elettrolita e il degrado delle prestazioni.
- Migliore stabilità dello zinco: il film protettivo in situ impedisce la crescita di dendriti, garantendo una durata dei cicli molto più lunga.
"La nuova tecnologia andrà a vantaggio dei fornitori di accumulo di energia, in particolare per l'integrazione delle fonti rinnovabili e il bilanciamento della rete, che potranno disporre di batterie a basso costo, più sicure e di lunga durata", ha dichiarato il professor Qiao.
"Le industrie che necessitano di grandi banche di energia stabili, come ad esempio le utility e le microgrid, potrebbero adottare questa tecnologia in tempi brevi".
Il team ha in programma di sviluppare ulteriormente la tecnologia per ampliarne le capacità.
"La produzione degli elettrodi potrebbe essere incrementata utilizzando la produzione da bobina a bobina", ha detto il professor Qiao.
Ottimizzando i collettori di corrente più leggeri e riducendo l'eccesso di elettrolita, la densità energetica complessiva del sistema potrebbe essere raddoppiata da circa 45 wattora per chilogrammo (Wh kg-1) a circa 90 Wh kg-1".
"Verranno inoltre testate le prestazioni di altri prodotti chimici alogeni, come i sistemi al bromo, utilizzando lo stesso approccio a secco".
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