Batterie senza metalli a base di carbonio, NH4+ e PF6−
(Rinnovabili.it) – È possibile produrre batterie senza metalli ma ugualmente efficienti come le ricaricabili tradizionali? Sull’obiettivo sta lavorando un gruppo di ingegneri della KAUST, la King Abdullah University of Science and Technology in Arabia Saudita. In un articolo su Angewandte Chemie International Edition, gli scienziati spiegano di aver realizzato una batteria a ioni ammonio (NH4+) “metal -free”.
La tecnologia a ioni di litio domina attualmente il mercato dello stoccaggio energetico attraverso una vasta gamma di applicazioni: dai dispositivi elettronici portatili alle batterie delle auto elettriche fino ai sistemi di storage fisso (residenziali, commerciali, industriali e su scala utility). Non è un mistero, però, che il metallo impiegato provenga da risorse limitate e di difficile accesso. E che la tossicità e l’infiammabilità di questi dispositivi ne faccia anche un rischio per l’ambiente.
Tra i vari tentativi del mondo scientifico di realizzare batterie senza metalli, la tecnologia basata sul catione ammonio risulta tra le più interessanti ma anche di scarsa affidabilità. Si tratta di composti facili da realizzare e riciclare ma per loro natura gli ioni NH4+ tendono a ridursi in idrogeno e ammoniaca, impedendo alle batterie di raggiungere il loro pieno potenziale. Inoltre si dissolvono facilmente negli elettroliti.
La ricetta della KAUST
Il team della KAUST ha messo a punto un approccio che potrebbe aggirare entrambi i problemi. Nel dettaglio i ricercatori Husam Alshareef, Zhiming Zhao e colleghi hanno sviluppato una batteria senza metalli ad alta efficienza combinando un elettrolita contenente cationi di ammonio con elettrodi a base di carbonio; più precisamente un catodo in grafite e un anodo in PTCDI, un colorante organico semiconduttore.
Assieme ai cationi di ammonio, i ricercatori hanno impiegato anche ioni esafluorofosfato (PF6−) come portatori di carica negativa e hanno sfruttato la capacità della grafite di accogliere in modo reversibile questi anioni all’interno dei suoi strati per creare una batteria a “doppio ione”. In questo dispositivo, ioni positivi e negativi sono incorporati simultaneamente nel loro elettrodo corrispondente durante i cicli di carica e vengono rilasciati nell’elettrolita durante i cicli di scarica.
“Abbiamo progettato un elettrolita che è sia antiossidante che antiriduttivo, selezionando una serie di solventi resistenti all’alta tensione e tenendo conto anche della sua stabilità di riduzione”, spiega Zhao. Dai primi test la batteria a doppio ione ha superato gli analoghi esistenti a base di ioni di ammonio con una tensione operativa record di 2,75 volt. “Ora – ha aggiunto Zhao – è possibile sviluppare batterie a ioni non metallici ad alta energia in grado di competere con quelle a ioni metallici”.