Le batterie ad “aria” diventano più affidabili grazie ai progressi compiuti dalla Ohio State University nella struttura del catodo
Aumentata di 12 volte la durata ciclica delle batterie potassio ossigeno
(Rinnovabili.it) – Un nuovo catodo rispolvera le speranze di portare le batterie potassio ossigeno nell’accumulo di rete. A realizzarlo è stato un gruppo di ricercatori dell’Ohio State University, convinto che la scoperta possa dare una generosa mano all’integrazione delle rinnovabili non programmabili nei sistemi energetici. Il loro lavoro è stato pubblicato in un articolo su Batteries and Supercaps (testo in inglese), in cui si spiega come sono state migliorate le performance di questi dispositivi. “Se vuoi passare ad un’opzione completamente rinnovabile per la rete elettrica, hai bisogno di dispositivi di accumulo di energia economici”, ha affermato Vishnu- Baba Sundaresan, co-autore dello studio e professore di ingegneria meccanica e aerospaziale presso l’Ohio State. “Una tecnologia come questa è fondamentale, perché è economica, non utilizza materiali esotici e può essere realizzata ovunque promuovendo l’economia locale”.
Da quando sono state inventate, nel 2013, a oggi, le batterie potassio ossigeno hanno percorso parecchia strada, divenendo non solo più efficienti delle batterie al litio-ossigeno ma essendo anche capaci di immagazzinare circa il doppio dell’energia delle attuali batterie agli ioni di litio.
Ma nonostante l’alta densità energetica teorica, stimata in 935 Wh/kg, questi sistemi devono fare i conti con uno svantaggio davvero limitante: hanno una durata molto limitata (5-10 cicli massimo) a causa del crossover dell’ossigeno molecolare causa del crossover dell’ossigeno molecolare dal catodo all’anodo. Nel dettaglio, durante il funzionamento, parte dell’ossigeno si insinua nell’anodo formando un superossido che ne provoca la rottura. E di conseguenza la batteria diviene velocemente inutilizzabile.
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Per risolvere il problema Paul Gilmore, un dottorando nel laboratorio di Sundaresan, ha incorporato alcuni polimeri nel catodo per modificarne i livelli di porosità e renderlo in grado di minimizzare la presenza di ossigeno molecolare nell’interfaccia con l’elettrolita, proteggendo di conseguenza l’anodo. Il design finale ricorda per certi versi i polmoni umani: l’aria entra nella batteria attraverso uno strato di carbonio poroso, quindi incontra un secondo strato leggermente meno poroso e finisce infine con un terzo strato, in cui i pori sono ridotti al minimo e in cui l’attività catalitica è invece al massimo. Questo terzo strato, realizzato con il polimero conduttore, consente agli ioni di potassio di viaggiare attraverso il catodo, ma blocca l’ossigeno molecolare. Svolta tecnologica? Non proprio: per ora le batterie potassio ossigeno si caricano solo 125 volte, valore insignificante per il mercato, seppure si tratti di un miglioramento di 12 volte. Tuttavia la ricerca apre la strada a futuri miglioramenti. Il team ha stimato che questo tipo di batterie avrà un costo di circa $ 44 per kilowattora.
