Un gruppo di scienziati del Rensselaer Polytechnic Institute, mette mano alla struttura delle batterie acquose per migliorarne la densità di energia immagazzinata per volume e la velocità di carica
Il segreto per batterie acquose migliori si chiama ossido di tungsteno niobio
(Rinnovabili.it) – I primi concorrenti commerciali delle tradizionali batterie a ioni di litio si stanno timidamente affacciando sul mercato. I tempi non sono ancora maturi per una piena svolta tecnologica ma il numero di ricerche, brevetti e prototipi sul fronte dell’energia storage è aumentato in maniera esponenziale negli ultimi anni, concretizzando valide alternative. Una di queste è offerta dalla batterie acquose Li-Ion, dispositivi bastati sempre sulla tecnologia degli ioni di litio che tuttavia utilizzano una soluzione salina concentrata al posto dei tipici elettroliti organici. Queste batterie presentando diversi vantaggi pratici – sono non infiammabili, economiche e resistenti all’umidità – e due grandi pecche: una finestra di stabilità elettrochimica ridotta e una densità di energia molto più bassa rispetto le Li-ion tradizionali.
“Se si applica troppa tensione all’acqua, questa elettrolizza, ossia si rompe in idrogeno e ossigeno”, spiega Nikhil Koratkar, un professore di ingegneria meccanica, aerospaziale e nucleare del Rensselaer Polytechnic Institute, negli Stati Uniti. “Questo è un problema perché si degassa e l’elettrolita viene consumato. Quindi, di solito, questo materiale ha una finestra di tensione molto limitata”.
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Koratkar assieme un gruppo di colleghi sta studiando come mantenere alte le prestazioni anche per le batterie acquose. Nella ricerca pubblica su Energy Storage Materials (testo in inglese), il team spiega di aver usato un particolare tipo di soluzione salina che ha meno probabilità di andare incontro a elettrolisi e l’ossido di litio manganese per realizzare il catodo. Ma la vera novità consiste nel materiale impiegato per l’anodo, un ossido complesso di tungsteno niobio.
“Abbiamo scoperto che questo ossido è eccezionale in termini di energia immagazzinata per unità di volume”, ha aggiunto Koratkar. “Volumetricamente, questo è stato di gran lunga il miglior risultato mai registrato in una batteria acquosa agli ioni di litio”.
Questo materiale è relativamente pesante e denso, peso che rende però il suo accumulo di energia basato sulla massa ancora nella media; nel contempo, il denso impacchettamento delle particelle dell’ossido migliora la densità volumetrica. Inoltre la struttura cristallina di questo materiale presenta canali o tunnel ben definiti che consentono agli ioni di litio di diffondersi rapidamente, il che significa che può caricarsi rapidamente. Una combinazione di fattori che non si era mai vista nelle batterie acquose Li-ion.
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