Avanti a tutta velocità con lo sviluppo di batterie sostenibili allo zinco-iodio
Gli oligosaccaridi biodegradabili risolvono un problema fondamentale
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Mentre la domanda in forte aumento di batterie agli ioni di litio fa salire i prezzi, gli esperti della Flinders University stanno compiendo progressi nello sviluppo di una batteria ricaricabile acquosa allo zinco-iodio sicura e più sostenibile.
Nel loro ultimo studio, pubblicato sulla prestigiosa rivista internazionale *Angewandte Chemie*, il team di ricerca della Flinders ha progettato una batteria acquosa agli ioni di zinco (AZIB) in grado di essere caricata e scaricata per oltre 60.000 cicli.
«Le batterie ricaricabili allo zinco-iodio a base acquosa si stanno affermando come una valida alternativa alle batterie agli ioni di litio per lo stoccaggio di energia su larga scala e il nostro gruppo sta ora collaborando con l’industria per creare una piattaforma di prototipazione per questo sistema di batterie», afferma il professore associato di chimica Zhongfan Jia, Matthew Flinders Fellow presso il College of Science and Engineering della Flinders University.
Lo iodio è tra le molecole più semplici a presentare reazioni elettrochimiche reversibili e può fornire una capacità teorica di carica elettrica pari a 211 mAh/g (milliampere-ora per grammo). Tuttavia, una delle principali sfide per questa tecnologia emergente nel campo delle batterie consiste nell’impedire che le specie di poliodio attraversino il separatore.
Il sistema del team della Flinders University si basa su un materiale ospite polimerico organico a basso costo a base di ciclodestrina che intrappola e rilascia efficacemente i polialogenuri nelle AZIB, in grado di funzionare a 1,3-1,4 volt (V) con una capacità di 200 mAh/g per oltre 8.000 cicli quando la carica completa avviene in sette minuti, oppure di 150 mAh/g per oltre 60.000 cicli quando la carica completa avviene in soli tre minuti.
Le ciclodestrine sono una famiglia di oligosaccaridi ciclici prodotti dalla conversione enzimatica dell’amido. Le ciclodestrine sono state ampiamente utilizzate negli ingredienti alimentari, farmaceutici e cosmetici e la loro struttura esterna idrofila e la cavità interna idrofobica le rendono ideali per intrappolare i poliioduri. La nuova chimica ospite-ospitante impedisce l’effetto navetta delle specie poliiodiche.
«Questo sistema offre un nuovo approccio per mitigare lo shuttle dei poliioduri utilizzando polimeri derivati da oligosaccaridi economici e biodegradabili, consentendo così la realizzazione di batterie acquose allo zinco-iodio sostenibili e di lunga durata», afferma il professore associato Jia.
La crescente domanda e il consumo di batterie agli ioni di litio (LIB), dai veicoli elettrici ai dispositivi elettronici portatili, hanno portato a carenze di risorse, costosi problemi di approvvigionamento e gravi problemi di riciclaggio dei rifiuti. L’Australia produce circa 3.300 tonnellate di rifiuti da batterie LIB all’anno, una cifra che dovrebbe salire a oltre 136.000 tonnellate entro il 2036.
Le AZIB utilizzano solitamente zinco metallico, e l’Australia detiene le più grandi riserve e risorse di zinco conosciute al mondo, che rappresentano il 20%-28% del totale globale.
«In qualità di uno dei principali produttori ed esportatori mondiali, possiamo utilizzare queste risorse di zinco per uno stoccaggio dell’energia più sicuro, il che è importante per la produzione energetica in Australia», afferma il primo coautore Shangxu Jiang, dottorando presso il Jia Lab della Flinders University, che si occupa di polimeri sostenibili per l’energia e l’ambiente.
Il secondo coautore principale, Zhipeng Pei, in collaborazione con la coautrice senior, la professoressa Michelle Coote della Flinders University, ha ideato la modellazione computazionale a supporto di questo progetto.
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