Le batterie agli ioni di litio tradizionali dominano il mercato odierno, grazie alla loro elevata densità di energia. Tuttavia, l’utilizzo di elettroliti organici infiammabili pone seri problemi di sicurezza. Le batterie acquose, d’altra parte, offrono una maggiore sicurezza utilizzando l’acqua come solvente, ma la loro densità di energia è inferiore a causa di limitazioni di solubilità e tensione:
In un nuovo studio pubblicato nel mese di aprile del 2024 su Nature Energy, un gruppo di ricerca guidato dal Prof. LI Xianfeng del Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) dell’Accademia cinese delle Scienze (CAS), in collaborazione con il gruppo del Prof. Fu Qiang, anch’egli del DICP , ha sviluppato un catodo a trasferimento multielettronico basato su bromo e iodio, realizzando una capacità specifica di oltre 840 Ah/L e raggiungendo una densità di energia fino a 1200 Wh/L basata sul catolito nei test di batterie complete.
La formula scientifica della “batteria ad acqua”:
“La crescente necessità di batterie ad alta densità energetica con elevata sicurezza sta alimentando la ricerca globale e le innovazioni nella nuova chimica redox e nella progettazione dei dispositivi. Qui mostriamo una batteria acquosa che impiega elettroliti etero-alogeni altamente concentrati che contengono I − e Br – , risultando in un processo di trasferimento multielettronico di I − /IO 3 − . Le specie intermedie di bromuro IBr e Br 2 , generate durante il processo elettrochimico, migliorano la cinetica di reazione e riducono il potenziale divario tra ossidazione e riduzione. Quando si utilizza un elettrolita da 6 MI − per ottenere trasferimenti di elettroni superiori a 30 M, il catodo I − /IO 3 − mostra un’elevata capacità specifica di oltre 840 Ah l catolito −1 . Una batteria con Cd/Cd 2+ come anodo ha dimostrato un’elevata densità di energia di oltre 1.200 Wh l catolita −1 . Anche con una densità di corrente eccezionalmente elevata di 120 mA cm −2 è stata ottenuta un’efficienza energetica del 72%. Il nostro lavoro dimostra che sono possibili batterie acquose sicure con un’elevata densità di energia, offrendo un’opzione di sviluppo per lo stoccaggio di energia su scala di rete e persino per i veicoli elettrici” – si legge nello studio scientifico.
Il gruppo del Prof. FU ha dimostrato il processo di trasferimento multielettronico mediante microscopia ottica in situ , spettroscopia Raman, ecc. “Questo studio fornisce una nuova idea per la progettazione di batterie acquose ad alta densità di energia e potrebbe espandere le applicazioni delle batterie acquose nel campo delle batterie di potenza”, ha affermato il prof. LI. È importante sottolineare che la tecnologia è ancora in fase di sviluppo e che saranno necessarie ulteriori ricerche per ottimizzare le prestazioni e la durabilità delle batterie. Tuttavia, i risultati ottenuti sono estremamente promettenti e pongono le basi per un futuro più elettrificato e sostenibile.
Fonti:
- https://www.nature.com/articles/s41560-024-01515-9
- https://english.cas.cn/newsroom/research_news/chem/202404/t20240423_660866.shtml
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