Scienziati cinesi creano una ‘batteria ad acqua’ che può contenere molta più energia delle celle al litio. 

I ricercatori cinesi hanno sviluppato una batteria ad acqua, che si afferma essere molto più sicura ed efficiente dal punto di vista energetico rispetto alle batterie al litio  “altamente infiammabili”.

È interessante notare che i ricercatori affermano che queste nuove batterie avranno una densità energetica doppia rispetto alle opzioni tradizionali agli ioni di litio. Questo ha il potenziale per rivoluzionare l’industria dei veicoli elettrici.

Inoltre, le batterie acquose utilizzano l’acqua come solvente per gli elettroliti, migliorando la loro sicurezza. Le batterie agli ioni di litio tradizionali non acquose hanno un’elevata densità energetica, ma la loro sicurezza è compromessa a causa degli elettroliti organici infiammabili, un componente che consente alla batteria di caricarsi e scaricarsi.

Densità energetica inferiore

Le batterie acquose hanno generalmente una densità energetica inferiore a causa della solubilità limitata dell’elettrolita e della bassa tensione della batteria. I ricercatori cinesi hanno sviluppato una batteria acquosa ad alta densità energetica basata sul trasferimento multi-elettronico di alogeni.

Un gruppo di ricerca guidato dal Prof. LI Xianfeng dell’Istituto di Fisica Chimica di Dalian (DICP) dell’Accademia Cinese delle Scienze (CAS), in collaborazione con il gruppo del Prof. FU Qiang sempre del DICP, ha sviluppato un catodo a trasferimento multi-elettronico basato su bromo e iodio.

Questo catodo ha raggiunto una capacità specifica di oltre 840 Ah/L e una densità energetica fino a 1200 Wh/L sulla base del catolita nei test di batterie complete, secondo un nuovo studio pubblicato su Nature Energy. Per fare una comparazione le batterie attualemente sul mercato hanno una densità energetica di 250-300 Wh/kg , con presto nuovi modelli che arriveranno a 500 Wh/kg. Molto meno delle batterie ad acqua.

I ricercatori hanno utilizzato una soluzione mista di alogeni

Per migliorare la densità energetica delle batterie acquose, i ricercatori hanno utilizzato una soluzione alogena mista di ioni ioduro (I-) e ioni bromuro (Br-) come elettrolita. Hanno sviluppato una reazione di trasferimento di più elettroni, trasferendo I- all’elemento iodio (I2) e poi allo iodato (IO3-).

I ricercatori hanno detto che durante il processo di carica, gli I- sono stati ossidati a IO3- sul lato positivo, e gli H+ generati sono stati condotti al lato negativo sotto forma di elettrolita di supporto. Durante il processo di scarica, gli H+ sono stati condotti dal lato positivo e gli IO3- sono stati ridotti a I-.

La reazione chimica della batteria

Il catodo a trasferimento multi-elettronico sviluppato aveva una capacità specifica di 840 Ah/L. Combinando il catodo con il Cd metallico per formare una batteria completa, i ricercatori hanno ottenuto una densità di energia fino a 1200 Wh/L sulla base del catolita sviluppato.

Secondo i ricercatori, il Br- aggiunto all’elettrolita poteva generare bromuro di iodio polare (IBr) durante il processo di carica, che facilitava la reazione con H2O per formare IO3-.

Durante la scarica, IO3- potrebbe ossidare Br- a Br2 e partecipare alla reazione elettrochimica per realizzare una scarica reversibile e rapida di IO3-. Pertanto, l’intermedio bromuro formato durante il processo di carica e scarica ha ottimizzato il processo di reazione, migliorando efficacemente la cinetica e la reversibilità della reazione elettrochimica.

Il ciclo di vita delle batterie potrebbe essere esteso a 1.000 cicli

Secondo SCMP, quando i ricercatori hanno testato il loro elettrolita con un anodo di vanadio, hanno scoperto che il ciclo di vita delle batterie poteva essere esteso a 1.000 cicli, “dimostrando una stabilità significativa”. la durata è ancora comunque da migliorare prima di avere l’introduzione di massa.

Gli scienziati hanno anche menzionato che la densità energetica delle loro batterie ha persino “superato quella di alcuni materiali elettrodici solidi” e potrebbe essere paragonabile in termini di costo alle batterie al litio tradizionali.

Hanno affermato che il loro lavoro dimostra che è possibile sviluppare batterie ad acqua con un’alta densità di energia e offre un’opzione di sviluppo per l’accumulo di energia su scala di rete e persino per i veicoli elettrici.