Una nuova ricetta chimica per le batterie a ioni di zinco
(Rinnovabili.it) – Riuscire a creare batterie ricaricabili ad alta densità e potenza significa riuscire a risolvere a monte diversi problemi tecnici, primo fra tutti quello della “fuga termica”. Con cicli di carica-carica ultra veloci o in condizioni particolari come sovraccarichi o cortocircuiti, la temperatura interna cresce rapidamente. E più il dispositivo si surriscalda, più aumenta la pressione interna alla cella, emettendo gas infiammabile. Il risultato è una reazione a catena incontrollata in cui la batteria brucia in modalità esplosiva (fuga termica o Thermal Runaway). Per dissipare il calore accumulato nelle batterie, sono stati impiegati diversi sistemi di sicurezza che, tuttavia, forniscono solo una protezione una tantum. Allo stato attuale questi approcci non permettono di ripristinare spontaneamente le condizioni originali di funzionamento una volta che il dispositivo si è raffreddato.
Un team di scienziati della City University di Hong Kong sta lavorando su nuove strategie di sicurezza intelligenti e attive che permettano di fabbricare batterie a ioni di zinco intelligenti con prestazioni elettrochimiche dinamiche e una risposta autoadattabile alla temperatura. La soluzione di punta è rappresentata dagli idrogel di transizione sol-gel reversibili. Questi materiali si trovano nello stato liquido a temperatura ambiente e possono trasformarsi in gel fissi quando riscaldati al di sopra di un certo valore critico. Il cambiamento di stato può essere invertito dopo il raffreddamento, rendendo i polimeri di transizione sol-gel, perfetti candidati per la progettazione di batterie avanzate con responsività termica intelligente. Il gruppo di ricerca, guidato dal Prof. Chunyi Zhi, ha sintetizzato con successo un elettrolita di transizione sol-gel sensibile alla temperatura, incorporandolo in batterie a ioni zinco ricaricabili.
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Ad alta temperatura, il funzionamento del dispositivo è automaticamente inibito a causa della maggiore resistenza interna provocata dalla gelificazione dell’elettrolita liquido. Dopo il raffreddamento, l’elettrolita torna allo stato sol (sospensione colloidale di particelle solide in un liquido), permettendo il ripristino delle normali prestazioni elettrochimiche. Elemento ancora più importante: la transizione consente alla batteria intelligente di sperimentare diverse velocità di scarica di carica a vari livelli di temperatura, fornendo una strategia attiva per ottenere un’auto-protezione dinamica e reversibile.