La nuova batteria di flusso a base di TEMPO
(Rinnovabili.it) – Come produrre una batteria di flusso economica, ad elevata densità di energia e stabile? Per rispondere alla domanda i ricercatori della University of Technology hanno preso un po’ di TEMPO. Questo, infatti, è il nome con cui è comunemente conosciuta una complessa molecola organica, la (2,2,6,6-tetrametilpiperidin-1-il)ossidanile, nuovo candidato alla chimica dell’accumulo. Il team cercava un sostituto efficiente ad uno degli ingredienti base di questa tecnologia, nella sua versione organica: il vanadio.
Oggi le batterie di flusso hanno iniziato lasciare i laboratori per approcciare il mercato, forti di una lunga vita e una ottima stabilità del ciclo di carica e scarica. A livello strutturale sono composte da due serbatoi di elettroliti liquidi – uno carico positivamente e l’altro negativamente – che vengono pompati verso un separatore a membrana inserito tra gli elettrodi per produrre energia.
La soluzione più commercializzata rimane quella inorganica “full-flow” a base di vanadio, in cui entrambi gli elettroliti sono costituiti da questo metallo. Tuttavia si tratta di un materiale particolarmente costoso che ne rallenta la diffusione di massa. È qui che entra in ballo la ricerca cinese.
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Il lavoro, pubblicato su Energy Material Advances (testo in inglese), si è focalizzato sulle cosiddette batterie a flusso organico con pH neutro. “Le batterie a flusso redox acquose possono stabilizzare l’utilizzo di eolico e solare, per loro natura non stabili. Rappresentano una promettente tecnologia di accumulo su larga scala”, ha affermato il professor Zhenxing Liang, tra gli autori della pubblicazione. “I composti elettroattivi organici sono elementi abbondanti, di basso costo e che permettono un controllo molecolare flessibile delle caratteristiche degli elettroliti positivi e negativi. Per questo sono considerati la chiave per lo sviluppo di batterie a flusso redox di prossima generazione”.
Liang e il suo team si sono concentrati su TEMPO, composto chimico con stati di ossidazione facilmente invertibili e ad alto potenziale energetico. “Tuttavia, non può essere applicato direttamente alle batterie di flusso acquose a causa dell’elevata idrofobicità del suo scheletro molecolare”, aggiunge lo scienziato. Per risolvere il problema “abbiamo sviluppato una strategia che funzionalizzasse il TEMPO con viologeno, composto organico che ha reazioni redox altamente reversibili e in grado di migliorare l’idrofilia”.
Quando questo mix è stato testato nella batteria di flusso sperimentale, i ricercatori hanno scoperto una ritenzione della capacità del 99,98% per ciclo. In altre parole il sistema è in grado di trattenere quasi tutta l’energia immagazzinata quando non in uso attivo. E nel contempo vanta una densità di energia fino a 19,0 Wh/litro.
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“Questo lavoro supera gli svantaggi di TEMPO grazie alla funzionalizzazione del viologeno permettendo un’applicazione concreta”, ha affermato Liang. “Il design molecolare fornisce una strategia efficace per nuovi materiali elettroattivi organici”.