Un nuovo catalizzatore rende le batterie zinco-aria ricaricabili fino a 500 volte
Il nuovo materiale potrebbe consentire la realizzazione di batterie con una densità energetica fino a cinque volte superiore a quella delle batterie agli ioni di litio, adatte all'uso pratico
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Le batterie zinco-aria sono in grado di immagazzinare una quantità di energia notevolmente superiore rispetto alle batterie agli ioni di litio, ma fino ad ora era praticamente impossibile ricaricarle. Un team guidato dal professor Jörg J. Schneider del Dipartimento di Chimica ha ora dimostrato come un materiale composto da ferro, nichel e carbonio consenta alla batteria di essere caricata e scaricata fino a 500 volte.
Vengono utilizzate da decenni negli apparecchi acustici: le batterie zinco-aria. Sono tecnicamente mature e ampiamente diffuse, ma presentano un grave inconveniente: una volta scariche, finiscono nella spazzatura. Le versioni ricaricabili sono state finora rare sul mercato. Eppure hanno un grande potenziale. In teoria, le batterie zinco-aria possono immagazzinare fino a cinque volte più energia rispetto alle batterie agli ioni di litio oggi ampiamente utilizzate. I principali ostacoli sono la loro completa ricaricabilità e i complessi processi chimici all’interno della cella, tecnicamente difficili da controllare. È proprio questo che rende l’argomento così interessante per la ricerca di base.
Il gruppo di ricerca guidato dal professor Jörg J. Schneider del Dipartimento di Chimica della TU Darmstadt ha ora descritto sulla rivista «Advanced Science» un passo importante verso la realizzazione di una batteria zinco-aria ricaricabile. Il team ha sviluppato un nuovo materiale e ne ha studiato le proprietà elettrochimiche; questo materiale funge da catalizzatore particolarmente efficiente e di lunga durata all’interno della batteria. Il materiale si basa sui cosiddetti spinelli. Questo gruppo di minerali è molto diffuso in natura; un esempio è la trevorite, un composto di nichel, ferro e ossigeno. In chimica, scienza dei materiali e ingegneria elettrica, gli spinelli vengono già utilizzati in vari modi grazie alle loro proprietà speciali.
I ricercatori di Darmstadt hanno fissato direttamente e saldamente minuscole particelle di spinello – di dimensioni pari a pochi nanometri – a nanomateriali di carbonio. Inoltre, gli elementi azoto e fosforo vengono incorporati nella superficie del carbonio. Si crea così un materiale composito in grado di svolgere diverse funzioni contemporaneamente: conduce l’elettricità, è chimicamente stabile e attiva l’elemento chiave della batteria, l’ossigeno.
Una batteria zinco-aria utilizza l’ossigeno presente nell’aria ambiente. Durante la scarica, l’ossigeno subisce una reazione chimica; durante la ricarica, deve essere ricostituito. Entrambe le reazioni possono avvenire solo con l’ausilio di un catalizzatore. La ricerca di materiali in grado di supportare in modo efficace ed costante entrambi i processi riveste un’importanza fondamentale. Il nuovo catalizzatore raggiunge proprio questo obiettivo: negli esperimenti ha consentito fino a 500 cicli di carica e scarica. Un fattore cruciale in questo contesto è una sorta di «punto d’incontro» all’interno della batteria in cui devono riunirsi tre elementi chiave: il catalizzatore solido, la soluzione elettrolitica liquida – che facilita il trasporto di carica – e l’ossigeno proveniente dall’aria. Solo se quest’area di contatto – definita dagli esperti «tripla giunzione» – rimane stabile durante il funzionamento, la batteria funzionerà in modo affidabile. Il nuovo materiale composito crea le condizioni favorevoli a ciò.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
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