Il team trova una maggiore capacità di accumulo nelle batterie a base d'acqua

04 aprile 2023 (Notizie Nanowerk) I ricercatori della Texas A&M University hanno scoperto una differenza del 1,000% nella capacità di stoccaggio degli elettrodi delle batterie a base d'acqua, prive di metalli. Queste batterie sono diverse dalle batterie agli ioni di litio che contengono cobalto. L'obiettivo del gruppo di ricercare batterie prive di metalli deriva dall'avere un migliore controllo sulla catena di approvvigionamento nazionale poiché cobalto e litio sono esternalizzati. Questa chimica più sicura preverrebbe anche gli incendi delle batterie. La professoressa di ingegneria chimica Dr. Jodie Lutkenhaus e il professore assistente di chimica Dr. Daniel Tabor hanno pubblicato le loro scoperte sulle batterie senza litio in Nature Materials ("Il ruolo dell'elettrolita nei polimeri radicalici non coniugati per elettrodi di accumulo di energia acquosa privi di metalli"). Il professore di ingegneria chimica Dott. Jodie Lutkenhaus e il professore assistente di chimica Dr. Daniel Tabor hanno scoperto una significativa capacità di accumulo nelle batterie a base d'acqua. (Immagine: Texas A&M Engineering) "Non ci sarebbero più incendi delle batterie perché sono a base d'acqua", ha detto Lutkenhaus. “In futuro, se si prevede una carenza di materiali, il prezzo delle batterie agli ioni di litio aumenterà notevolmente. Se disponiamo di questa batteria alternativa, possiamo rivolgerci a questa chimica, dove la fornitura è molto più stabile perché possiamo produrle qui negli Stati Uniti e i materiali per realizzarle sono qui”. Lutkenhaus ha affermato che le batterie acquose sono costituite da un catodo, un elettrolita e un anodo. I catodi e gli anodi sono polimeri in grado di immagazzinare energia e l'elettrolita è acqua mescolata con sali organici. L'elettrolita è fondamentale per la conduzione ionica e l'accumulo di energia attraverso le sue interazioni con l'elettrodo. "Se un elettrodo si gonfia troppo durante il ciclo, non può condurre molto bene gli elettroni e si perdono tutte le prestazioni", ha detto. "Credo che ci sia una differenza del 1,000% nella capacità di accumulo di energia, a seconda dell'elettrolita scelto, a causa degli effetti di rigonfiamento." Secondo il loro articolo, i polimeri radicalici (elettrodi) redox-attivi e non coniugati sono candidati promettenti per batterie acquose prive di metalli a causa dell'elevata tensione di scarica dei polimeri e della rapida cinetica redox. La reazione è complessa e difficile da risolvere a causa del trasferimento simultaneo di elettroni, ioni e molecole d'acqua. "Dimostriamo la natura della reazione redox esaminando elettroliti acquosi di vario carattere cao-/cosmotropico utilizzando una microbilancia elettrochimica a cristalli di quarzo con monitoraggio della dissipazione in una serie di scale temporali", secondo i ricercatori nell'articolo. Il gruppo di ricerca di Tabor ha integrato gli sforzi sperimentali con simulazioni e analisi computazionali. Le simulazioni hanno fornito informazioni dettagliate sul quadro microscopico su scala molecolare della struttura e della dinamica. “La teoria e l’esperimento spesso lavorano a stretto contatto per comprendere questi materiali. Una delle nuove cose che facciamo a livello computazionale in questo articolo è che carichiamo effettivamente l’elettrodo in più stati di carica e vediamo come l’ambiente circostante risponde a questa carica”, ha detto Tabor. I ricercatori hanno osservato macroscopicamente se il catodo della batteria funzionava meglio in presenza di determinati tipi di sali misurando esattamente la quantità di acqua e sale che entrano nella batteria mentre è in funzione. "Lo abbiamo fatto per spiegare ciò che è stato osservato sperimentalmente", ha detto. “Ora vorremmo espandere le nostre simulazioni ai sistemi futuri. Avevamo bisogno di confermare la nostra teoria su quali siano le forze che guidano quel tipo di iniezione di acqua e solvente. “Con questa nuova tecnologia di accumulo dell’energia, si tratta di un passo avanti verso le batterie prive di litio.

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• Fonte: https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=62734.php