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La batteria allo zinco senza anodi potrebbe un giorno fornire uno stoccaggio su larga scala di energia rinnovabile

2021-06-16
TEMI:
American Chemical Society,Tecnologia delle batterie,Energia,Nanotecnologia,Batteria
By AMERICAN CHEMICAL SOCIETY 20 GENNAIO 2021



Le fonti di energia rinnovabile, come l'energia eolica e solare, potrebbero contribuire a ridurre la dipendenza mondiale dai combustibili fossili. Ma prima, le aziende elettriche hanno bisogno di un modo sicuro ed economico per immagazzinare l'energia per un uso successivo. Le enormi batterie agli ioni di litio possono fare il lavoro, ma soffrono di problemi di sicurezza e di disponibilità limitata di litio. Ora, i ricercatori che riportano in Nano Letters di ACS hanno realizzato un prototipo di una batteria a base di zinco senza anodi che utilizza materiali a basso costo e naturalmente abbondanti.

Le batterie acquose a base di zinco sono state precedentemente esplorate per lo stoccaggio di energia su scala di rete a causa della loro sicurezza e dell'elevata densità di energia. Inoltre, i materiali utilizzati per realizzarli sono naturalmente abbondanti. Tuttavia, le batterie ricaricabili allo zinco sviluppate finora hanno richiesto anodi metallici di zinco spessi, che contengono un grande eccesso di zinco che aumenta i costi. Inoltre, gli anodi sono inclini a formare dendriti - proiezioni cristalline di metallo di zinco che si depositano sull'anodo durante la carica - che possono cortocircuitare la batteria. Yunpei Zhu, Yi Cui e Husam Alshareef si sono chiesti se fosse davvero necessario un anodo di zinco. Prendendo ispirazione dalle precedenti esplorazioni di batterie al litio e sodio-metallo "anodi", i ricercatori hanno deciso di realizzare una batteria in cui un catodo ricco di zinco è l'unica fonte per la zincatura su un collettore di corrente in rame.



Una batteria Zn–MnO2 senza anodi. Credito: Nano Lettere.

Nella loro batteria, i ricercatori hanno utilizzato un catodo di biossido di manganese che hanno pre-intercalato con ioni di zinco, una soluzione acquosa di elettrolita di trifluorometansolfonato di zinco e un collettore di corrente a lamina di rame. Durante la carica, il metallo di zinco viene placcato sulla lamina di rame e durante la scarica il metallo viene rimosso, rilasciando elettroni che alimentano la batteria. Per prevenire la formazione di dendriti, i ricercatori hanno rivestito il collettore di corrente in rame con uno strato di nanodischi di carbonio. Questo strato ha promosso la zincatura uniforme, prevenendo così i dendriti e ha aumentato l'efficienza della zincatura e dello stripping. La batteria ha mostrato alta efficienza, densità energetica e stabilità, conservando il 62,8% della sua capacità di stoccaggio dopo 80 cicli di carica e scarica. Il design della batteria senza anodi apre nuove direzioni per l'utilizzo di batterie acquose a base di zinco nei sistemi di accumulo di energia, affermano i ricercatori.

Riferimento: "An Anode-Free Zn-MnO2 Battery" di Yunpei Zhu, Yi Cui e Husam N. Alshareef, 20 gennaio 2021, Nano Letters.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c04519

Gli autori riconoscono il finanziamento della King Abdullah University of Science and Technology.