Una nuova batteria ricaricabile ad aria sviluppata da ricercatori giapponesi
Ricercatori giapponesi hanno sviluppato una batteria ricaricabile ad aria completamente solida (SSAB) utilizzando molecole organiche redox-attive per l’elettrodo negativo e un polimero protonico conduttivo come elettrolita solido, dimostrando un miglioramento delle prestazioni e della durata. Questo approccio innovativo potrebbe avere implicazioni significative per l’estensione della vita delle batterie nei dispositivi elettronici e per l’avanzamento verso una società senza emissioni di carbonio.
- Una nuova batteria ricaricabile ad aria sviluppata da ricercatori giapponesi
- Una batteria unica nel suo genere
- Protoni e ioni idrossido nelle reazioni redox
- Superare i problemi delle batterie con elettroliti liquidi
- Una nuova batteria ricaricabile ad aria completamente solida
- Conclusioni e prospettive future
Una batteria unica nel suo genere
In questa batteria, un elettrodo negativo a base di benzoquinone viene utilizzato insieme a un elettrolita polimerico solido Nafion. Tradizionalmente, i metalli fungono da materiali attivi per gli elettrodi negativi nelle batterie. Tuttavia, si sta assistendo a un cambiamento verso l’uso di molecole organiche redox-attive come composti a base di chinone e ammina come elettrodi negativi nelle batterie ricaricabili metallo-aria, che presentano elettrodi positivi riducenti l’ossigeno.
Protoni e ioni idrossido nelle reazioni redox
In queste batterie, protoni e ioni idrossido partecipano alle reazioni redox. Tali batterie mostrano alte prestazioni, vicine alla capacità massima teoricamente possibile. Inoltre, l’uso di molecole organiche redox-attive nelle batterie ricaricabili ad aria supera i problemi associati ai metalli, tra cui la formazione di strutture chiamate ‘dendriti’, che influenzano le prestazioni della batteria, e hanno un impatto ambientale negativo.
Superare i problemi delle batterie con elettroliti liquidi
Tuttavia, queste batterie utilizzano elettroliti liquidi, proprio come le batterie a base di metallo, che presentano importanti preoccupazioni per la sicurezza, come l’alta resistenza elettrica, gli effetti di lisciviazione e l’infiammabilità.
Una nuova batteria ricaricabile ad aria completamente solida
Ora, in un nuovo studio recentemente pubblicato in Angewandte Chemie International Edition, un gruppo di ricercatori giapponesi ha sviluppato una batteria ricaricabile ad aria completamente solida (SSAB) e ne ha indagato la capacità e la durata. Lo studio è stato guidato dal professor Kenji Miyatake della Waseda University e dell’University of Yamanashi, e co-autorato dal professor Kenichi Oyaizu della Waseda University.
Materiali attivi per l’elettrodo negativo
I ricercatori hanno scelto un composto chimico chiamato 2,5-dihydroxy-1,4-benzoquinone (DHBQ) e il suo polimero poly(2,5-dihydroxy-1,4-benzoquinone-3,6-methylene) (PDBM) come materiali attivi per l’elettrodo negativo a causa delle loro reazioni redox stabili e reversibili in condizioni acide. Inoltre, hanno utilizzato un polimero protonico conduttivo chiamato Nafion come elettrolita solido, sostituendo così gli elettroliti liquidi convenzionali.
Valutazione delle prestazioni della SSAB
Dopo aver messo in atto la SSAB, i ricercatori hanno valutato sperimentalmente le sue prestazioni di carica-scarica, le caratteristiche di velocità e la ciclabilità. Hanno scoperto che, a differenza delle tipiche batterie ad aria che utilizzano un elettrodo negativo metallico e un elettrolita liquido organico, la SSAB non si deteriorava in presenza di acqua e ossigeno. Inoltre, sostituendo la molecola redox-attiva DHBQ con il suo omologo polimerico PDBM, si formava un elettrodo negativo migliore.
Conclusioni e prospettive future
Questo studio dimostra il funzionamento di una SSAB composta da molecole organiche redox-attive come elettrodo negativo, un polimero protonico conduttivo come elettrolita solido e un elettrodo positivo riducente l’ossigeno di tipo diffusivo. I ricercatori sperano che ciò apra la strada a ulteriori progressi. “Questa tecnologia può estendere la durata della batteria di piccoli dispositivi elettronici come gli smartphone e contribuire alla realizzazione di una società senza emissioni di carbonio”, conclude Miyatake.