Le batterie acquose tradizionali utilizzano elettroliti fortemente acidi o alcalini, il che comporta reazioni collaterali inevitabili e problemi ambientali significativi alla fine del ciclo di vita: lo smaltimento di soluzioni fortemente corrosive può danneggiare ecosistemi e infrastrutture. Per superare questi limiti, questo studio propone un approccio che combina materiali elettrodici organici e elettroliti neutri, offrendo sia prestazioni elettrochimiche elevate sia sicurezza ambientale. I ricercatori hanno sintetizzato polimeri organici covalenti (Covalent Organic Polymers, COP) come materiali per l’elettrodo negativo destinati allo stoccaggio di ioni bivalenti acquosi (Mg2+ e Ca2+). Questi polimeri mostrano ottime prestazioni in elettroliti a pH 7, ossia soluzioni neutre e ambientali compatibili; in alcuni casi gli elettroliti possono essere anche salamoia derivata da processi alimentari (per esempio la salamoia nella produzione del tofu). Un aspetto chiave è la presenza nei polimeri di legami con gruppo donatore di elettroni:
tali strutture favoriscono cinetiche rapide e potenziali più bassi, rendendo i materiali particolarmente adatti come elettrodi negativi per batterie a ioni Mg2+ e Ca2+. In elettroliti neutri (pH = 7.0), un polimero specifico — il cosiddetto Hexaketone-tetraaminodibenzo-p-dioxin COP — ha mostrato una durata di ciclo eccezionale di 120.000 cicli e capacità specifiche fino a 112,8 mA·h g−1. Potenzialmente, batterie di questa tipologia potrebbero persino durare circa 300 anni. Accoppiando questo elettrodo negativo con un opportuno elettrodo positivo, i ricercatori hanno realizzato una cella completa che opera su un intervallo di tensione di 2,2 V e raggiunge un’energia specifica fino a 48,3 Wh kg−1. Tale valore è stato calcolato considerando la massa totale dell’elettrodo negativo, dell’elettrodo positivo e dell’elettrolita a livello di cella completa. La cella completa ha anche dimostrato una stabilità ciclica a lungo termine oltre 120.000 cicli, misurata a una corrente specifica di 20 A g−1.
Oltre alle prestazioni elettrochimiche, un vantaggio cruciale di questa tecnologia è la compatibilità ambientale: le celle risultano non tossiche e idonee allo smaltimento diretto secondo diversi standard normativi (tra cui GB 18599-2020, ISO 14001 e il Resource Conservation and Recovery Act — RCRA — degli Stati Uniti). Tutti i dati a supporto dei risultati sono riportati nel manoscritto e nelle informazioni supplementari, e i dati di origine sono forniti con il lavoro o disponibili su richiesta all’autore corrispondente. In sintesi, l’impiego di polimeri organici covalenti come elettrodi negativi per batterie acquose a ioni bivalenti in elettroliti neutri rappresenta una promettente via per coniugare alte prestazioni (elevata capacità, eccellente stabilità ciclica e buona energia specifica) con sicurezza e sostenibilità ambientale, riducendo i rischi associati all’uso e allo smaltimento di elettroliti fortemente corrosivi. Di seguito, riportiamo il link diretto alla pubblicazione scientifica di riferimento:
Clicca qui per visualizzare la pubblicazione scientifica: https://www.nature.com/articles/s41467-026-69384-2
#energia #tecnologia #salamoia #tofu #scienza #studioscientifico
