Un team di scienziati guidato da un ricercatore dell’Università dello Stato dell’Oregon (OSU) ha sviluppato un nuovo elettrolita che aumenta l’efficienza dell’anodo a metallo di zinco nelle batterie a zinco quasi al 100%. Ciò rappresenta una svolta nello sviluppo di un’alternativa alle batterie al litio per lo stoccaggio su larga scala dell’energia.
La ricerca fa parte di una continua ricerca globale di nuove chimiche delle batterie in grado di immagazzinare energia solare e eolica rinnovabile per l’uso quando il sole non splende e il vento non soffia. Xiulei “David” Ji del College of Science dell’OSU e colleghi, tra cui HP Inc. e GROTTHUSS INC., una società spinout dell’OSU, riferiscono questo lavoro in un documento su Nature Sustainability.
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“La svolta rappresenta un significativo avanzamento verso la resa delle batterie a metallo di zinco più accessibili ai consumatori”, ha detto Ji. “Queste batterie sono essenziali per l’installazione di ulteriori parchi solari e eolici. Inoltre, offrono una soluzione sicura ed efficiente per lo stoccaggio di energia domestico, nonché moduli di stoccaggio di energia per le comunità che sono vulnerabili ai disastri naturali”.
Una batteria immagazzina l’elettricità sotto forma di energia chimica e attraverso reazioni la converte in energia elettrica. Ci sono molti tipi diversi di batterie, ma la maggior parte di esse funziona allo stesso modo di base e contiene gli stessi componenti di base.
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Ogni batteria ha due elettrodi – l’anodo, dal quale gli elettroni fluiscono in un circuito esterno, e il catodo, che riceve elettroni dal circuito esterno – e un elettrolita, il mezzo chimico che separa gli elettrodi e permette il flusso di ioni tra loro.
Fondandosi su un metallo sicuro e abbondante, le batterie a base di zinco sono ad alta densità energetica e sono considerate come possibili alternative alle batterie al litio ampiamente utilizzate per lo stoccaggio dell’energia di rete. La produzione di batterie al litio si basa anche su forniture in diminuzione di metalli rari come il cobalto e il nichel, che sono tossici e possono contaminare gli ecosistemi e le fonti d’acqua se fuoriescono dalle discariche.
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Inoltre, gli elettroliti nelle batterie al litio sono comunemente disciolti in solventi organici infiammabili che spesso si decompongono a tensioni di funzionamento elevate. Altri problemi di sicurezza sono rappresentati dai dendriti, che assomigliano a piccoli alberi che crescono all’interno di una batteria. Questi dendriti possono perforare il separatore tra i due elettrodi, come le spine che crescono attraverso le crepe in un vialetto, portando a reazioni chimiche indesiderate e talvolta pericolose.
“Le batterie a metallo di zinco sono una delle tecnologie candidato principali per lo stoccaggio dell’energia su larga scala”, ha detto Ji. “Il nostro nuovo elettrolita ibrido utilizza acqua e un solvente per batterie ordinario, che è non infiammabile, a basso costo e a basso impatto ambientale. L’elettrolita è costituito da una miscela disciolta di sali di cloruro economici, con quello principale che è il cloruro di zinco “.
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Il costo dell’elettricità fornita da una struttura di stoccaggio costituita da batterie di zinco può essere competitivo solo con l’elettricità prodotta dai combustibili fossili se la batteria può continuare a funzionare per migliaia di cicli, ha detto Ji. Finora, tuttavia, la durata del ciclo delle batterie a zinco è stata limitata dalle scarse prestazioni di reversibilità dell’anodo di zinco
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