Batterie Zinco-Bromo: un accumulatore che dura 27 anni e costa poco

In un progresso significativo per la tecnologia di stoccaggio dell’energia, i ricercatori hanno sviluppato un elettrodo nuovo che sopprime efficacemente il fenomeno dannoso dell’autoscarica nelle batterie zinco-bromo senza flusso (FLZBB), cioè sono in grado di conservare la carica anche quando non in uso

La ricerca di energia pulita e sostenibile è in corso e i ricercatori innovano costantemente per migliorare i sistemi di stoccaggio dell’energia. Le batterie agli ioni di litio, pur essendo dominanti, presentano un importante problema di sicurezza: gli elettroliti infiammabili.

Le FLZBB offrono un’alternativa promettente grazie alle loro proprietà non infiammabili e all’uso di metalli piuttosto diffusi. Tuttavia, un problema fastidioso chiamato autoscarica ha ostacolato la loro adozione diffusa. La ricerca è stata pubblicata su Chemical Engineering Journal.

Ora, un team di ricercatori del Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) in Corea ha sviluppato un elettrodo rivoluzionario che affronta questo problema, aprendo la strada a un futuro alimentato da FLZBB sicuri ed efficienti.

Trasformare le FLZBB in qualcosa di utile

Le FLZBB vantano diversi vantaggi rispetto alle batterie agli ioni di litio. Sono più sicure, più economiche e più semplici nel design. Funzionano con un elettrodo positivo, un elettrodo negativo, un separatore per tenerli separati e un elettrolita simile a un gel.

Tuttavia, durante il funzionamento, gli ioni di bromo generati nell’elettrodo positivo possono migrare verso l’elettrodo negativo, causando un’autoscarica e ostacolando le prestazioni. Questo è stato un ostacolo importante per gli FLZBB.

Il professor Chanho Pak e il suo team, tra cui Youngin Cho, primo autore dello studio, hanno sviluppato un elettrodo innovativo che mette fine all’autoscarica in modo efficace. Si tratta di un elettrodo in feltro di grafite spessa rivestito di carbonio mesoporoso drogato di azoto (NMC/GF).

Il loro lavoro apre la strada a FLZBB più stabili ed efficienti. Ecco il loro funzionamento chimico

Intrappolare gli ioni: come funziona l’elettrodo NMC/GF

L’elettrodo NMC/GF viene fabbricato con un metodo semplice ed economico. I ricercatori rivestono un elettrodo standard in lana di grafite con materiali precursori, seguiti da essiccazione e polimerizzazione. La magia sta nei mesopori (piccoli fori) creati dal rivestimento NMC.

Questi mesopori, insieme ai siti di azoto posizionati strategicamente, agiscono come piccole gabbie, intrappolando gli ioni di bromo e i loro complessi all’interno dell’elettrodo positivo. Questo impedisce loro di raggiungere l’elettrodo negativo, fermando l’autoscarica.

“Questo rivestimento ha reso ultraidrofili gli elettrodi GF incontaminati, originariamente idrofobici, migliorando il contatto interfacciale con l’elettrolita nell’elettrolita acquoso e aumentando le prestazioni elettrochimiche”, spiega il Professor Pak sui vantaggi dell’elettrodo NMC/GF.

“Inoltre, ha permesso l’incorporazione di abbondanti specie di ossigeno e azoto, che hanno migliorato la velocità di reazione del bromo, aumentando ulteriormente le prestazioni”.

Prestazioni senza precedenti e lunga durata

Le FLZBB dotate dell’elettrodo NMC/GF hanno mostrato un’efficienza eccezionale, con un’efficienza coulombiana del 96% e un’efficienza energetica del 76% a una densità di corrente specifica. Hanno anche fornito un’elevata capacità areale (la quantità di carica immagazzinata per unità di superficie) di 2 mAh cm-2. Ma non è tutto.

Queste batterie hanno dimostrato una notevole durata, durando per oltre 10.000 cicli di carica e scarica – una testimonianza della loro stabilità a lungo termine. Questo significa un ciclo di vita di 27 anni, soddisfacente. 

Inoltre, l’uso di un elettrodo GF spesso può potenzialmente ridurre i costi delle batterie. 

Nel comunicato stampa, Pak, entusiasta delle implicazioni future, ha dichiarato: “Lo sviluppo dell’elettrodo positivo FLZBB, che mantiene il funzionamento a lungo termine per oltre 10.000 cicli con alte efficienze, accelererà lo sviluppo di ESS stabili e la conversione energetica ecologica a lungo termine. Inoltre, l’elettrodo positivo NMC/GF può essere utilizzato anche per altre batterie acquose”.

Questa scoperta ha il potenziale di rivoluzionare il mondo dell’accumulo di energia. Con le FLZBB più sicure, stabili e durature all’orizzonte, la strada verso un futuro energetico pulito e sostenibile sembra un po’ più luminosa.