Batterie zinco-aria, una ricerca dell'università di Stanford

Un gruppo di ricercatori dell'universita di Stanford ha sviluppato una batteria zinco-aria caratterizzata da una attività catalitica e da una robustezza maggiori di quelle delle batterie realizzate con i costosi catalizzatori al platino e all'iridio. Il risultato del progetto di ricerca prepara il terreno allo sviluppo di alternative a basso costo alle convenzionali batterie agli ioni di litio largamente utilizzate oggi.

Hongjie Dai, professore di chimica presso l'università di Stanford e principale responsabile del progetto di ricerca, ha dichiarato: "Vi è sempre stata una crescente domanda per batterie ad alte prestazioni, economiche e sicure per i dispositivi portatili, i veicoli elettrici e altre applicazioni di stoccaggio di energia. Le batterie metallo-aria offrono una possibile soluzione a basso costo".

Il professore osserva come la maggior parte dell'attenzione si sia concentrata sulle batterie agli ioni di litio, nonostante la limitata densità di energia, i costi elevati e qualche problema di sicurezza. "Con un'ampia disponibilità di ossigeno dall'atmosfera, le batterie metallo-aria hanno drasticamente innalzato la teorica densità di energia rispetto alle tradizionali batterie. Tra queste, l'abbinamento zinco-aria è tecnicamente ed economicamente l'opzione più percorribile" ha affermato Dai. Le batterie zinco-aria combinano l'ossigeno dell'atmosfera e il metallo in un elettrolita alcalino liquido per generare corrente elettrica con ossido di zinco come sottoprodotto. Quando il processo è invertito durante la ricarica, ossigeno e metallo vengono rigenerati.

"Le batterie zinco-aria sono interessanti per via dell'abbondanza e del basso costo dello zinco, così come la natura non infiammabile degli elettroliti acquosi che rendono le batterie sicure. Le prime batterie non ricaricabili zinco-aria sono state commercializzate per applicazioni mediche e di telecomunicazioni con una limitata densità di potenza. Lo sviluppo di batterie elettricamente ricaricabili rappresenta comunque una sfida, per via della mancanza di efficienti e robusti catalizzatori d'aria, cosi come il ciclo di vita limitato degli elettrodi di zinco" ha spiegato Dai.

Affinché le reazioni chimiche della fase di scarica e ricarica delle batterie possano avvenire rapidamente è necessario l'impiego di elettrocatalizzatori attivi e resistenti sull'elettrodo. Il gruppo coordinato da Dai ha sviluppato una serie di elettrocatalizzatori ad elevate prestazioni utilizzando ossidi metallici o nanocristalli ibridati con nanotubi di carbonio. Tali catalizzatori sono in grado di produrre un'attività catalitica negli elettrodi alcalini superiore a quella dei catalizzatori realizzati in platino e con altri metalli preziosi.

"Abbiamo individuato catalizzatori simili che incrementano notevolmente le prestazioni delle batterie zinco-aria, ricaricabili e non. L'abbinamento di un catalizzatore in ossido di cobalto con uno in idrossido di nickel-ferro ha come risultato una efficienza energetica da record per le batterie zinco-aria, con una densità di energia specifica più che doppia rispetto a quella offerta dalla tecnologia agli ioni di litio" ha dichiarato Dai.

La nuova batteria ha dimostrato una buona reversibilità e stabilità su lunghi cicli di carica-scarica nel corso di varie settimane. "Si tratta di un lavoro che può rappresentare un importante passo avanti per lo sviluppo di batterie ricaricabili zinco-aria, sebbene vi siano una serie di sfide legate all'elettrodo di zinco e all'elettrolita che devono essere affrontate" ha concluso Dai.